熊本県産業技術センター

研 究 報 告第 57 号

令和３年度････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

REPORTS OF
KUMAMOTO INDUSTRIAL RESEARCHINSTITUTE
No.57 2021.4-2022.3････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

令和 4 年（2022 年）12 月

熊本県産業技術センター〒862-0901

熊本市東区東町 3-11-38

Published by
Kumamoto Industrial Research Institute3-11-38, Higashi-machi, Higashi-ku, Kumamoto 862-0901 Japan

表表紙 裏面1

熊本県産業技術センター研究報告第 57 号 （令和３年度）
目次【技術資料】ICT 及びデザイン技術を活用した生産性の見える化に関する研究 ･･････････････････ 佐藤達哉 ･･････
石橋伸介
渡辺秀典
松尾英信
黒田修平
電磁環境推定モデルを使用したノイズ計測の信頼性向上に関する研究 ･･････････････ 前田和輝 ･･････
道野隆二
松枝寛
黒田修平
朝長伸吾
山口良一

1

7

【転
載】
エンドミルの微小切込み切削による表面改質 ････････････････････････････････････ 川村浩二 ･･････ 12
砥粒加工学会誌, Vol. 66, No. 10, pp. 562-565 (2022)
坂本重彦
村井満

REPORT OF
KUMAMOTO INDUSTRIAL RESEARCH INSTITUTE
Vol.57(2021.4-2022.3)
CONTENTS【Technical Reports】
Research on Productivity Visualization Utilizing ICT and Design Technology
SATO Tatsuya, ISHIBASHI Shinsuke, WATANABE Hidenori, MATSUO Hidenobu and
KURODA Shuhei ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 1
Validation of Reliability Improvement of EMI Measurement Using on
Electromagnetic Environment Estimation Model
MAEDA Kazuki, MICHINO Ryuji, MATSUEDA Hiroshi, KURODA Shuhei, TOMONAGA Shingo and
YAMAGUCHI Ryoichi ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････ 7【Reprinting】
Study on surface modification machined by micro end milling processes
KAWAMURA Koji, SAKAMOTO Shigehiko and MURAI Mitsuru ･････････････････････････････････････ 12
Journal of the Japan Society of Grinding Engineers, Vol. 66, No. 10, pp. 562-565 (2022)

ICT 及びデザイン技術を活用した生産性の見える化に関する研究佐藤 達哉*・石橋 伸介*・渡辺*

秀典*・松尾英信*・黒田修平**

技術交流企画室、**ものづくり室

Research on Productivity Visualization Utilizing ICT and Design Technology
SATO Tatsuya*, ISHIBASHI Shinsuke*, WATANABE Hidenori*, MATSUO Hidenobu*, KURODA Shuhei**,
急激に社会環境が変化していく現代において、中小企業が事業を継続・発展させていくためには、これまでにない大胆な解決策や新しい切り口のビジネスモデルの創出、他社との強い差別化が求められている。そこでデザイン技術が得意とする多様な視点と柔軟で大胆な発想をより効果的に活用するため、ICT技術によるデザイン手法の見える化を検討した。
さらに、競合他社と差別化し人材の確保や新規事業の創出、事業の拡大等を実現していくために、企業が持つ強みを活かしたブランド力強化のための支援ツールの検討を行なった。

１． はじめに

２．ICT 技術を用いたデザイン支援に関する研究

少子高齢化による労働人口の減少、国際情勢及び当センターでは、課題解決に向けたデザイン支援

経済の不安定性など急激な社会環境の変化により、を行うにあたり、ビジネスモデルキャンバス(以下、中小企業は人手不足や製造業離れ、構造不況、及びBMC)の様なフレームワークを活用している 1)。問題

働き方改革など様々な問題に直面している。また、の考え方や答えの出し方に必要な視点を網羅したフ

頻発する災害や環境問題への意識の高まり、情報化

レームワークは、組織内や企業間での協業・共創を社会の進展などを背景として人々の価値観が大きく検討する際、開発メンバーの意見やアイデア等を見変化し、機能的価値だけでなく情緒的価値の比重がえる化し、共通認識を持つための設計図的な役割を大きくなり、製造業全体において大きな変革が求め果たすことから、スピーディーな問題解決や意思決られてきている。

定に効果的である2)。一方で、フレームワークを使いこうした状況の中で、地方の中小企業が優秀な人こなすためには、ある程度のトレーニングが必要で材を確保し、数ある競合の中から選ばれて事業を継ある。経験上、当センターの県内企業に対するデザ

続・発展させていくためには、①これまでにない大イン活用支援においても、デザイン手法に不慣れな胆な解決策、②新しい切り口のビジネスモデルの創ため、フレームワークを上手く埋められないことが出、③他社との強い差別化が求められている。しか多く見受けられる。この様な場合、現状では、当セ

し、多くの中小企業にとって既存事業とは異なる新ンター職員がフレームワークの役割や詳細について

たな取り組みに対する経験や知識はあまり無いのが指導しながら完成に導いているが、個別対応となり現状である。また、人材確保のため労働条件や環境

多くの時間を費やしている。そこで、PC・スマートを整え、設備や技術力を補強していくだけでは他社

フォン等のデジタル機器や情報処理・通信技術等をとの差別化は難しい。そこで必要となるのは、①自取り入れてコミュニケーションを支援するICT技術社が抱える問題や課題を把握し、その解決に向けてを活用することで、初心者でもデザイン手法を学習

柔軟で大胆な発想を効果的に発揮すること。また、しながらフレームワークを使いこなす方法がないか②自社の強みに対する理解を深め他社との差別化を検討を行った。

強化していくことである。
そこで本研究では、課題の発見や新たな発想を支

2.1 支援方法の考察援するために有効なデザイン技術と複雑な情報を見初心者がフレームワークを埋められない要因の一える化するICTに着目し、①ICTを用いたデザイン支つとして、ブロックのタイトルだけでは、何を、ど援に関する研究と②ブランド力を強化するための支の程度まで具体的にイメージする必要があるか分か

援ツールの開発という2つのテーマについて中小企らないことが挙げられる。例えば、ビジネスモデル

業の課題解決に向けた取り組みを行うこととした。

を考える際に広く使われているBMC 2)には顧客セグ
メントというブロックがあり、そこにはターゲット

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

1

ユーザーのイメージを記述していく。この時、BMCを体的な機能や造形、コンセプトなど幅広いデザイン

使い慣れていないと、都会暮らしで20代前半の働く解の推測を行った。その観察では、リバースデザイ

女性といった抽象的なイメージを記述してしまい、ンで得られるデザイン解と、その解を得るためにど

ビジネスモデル検討に繋がっていかない。これは、んな質問をしたかに着目、デザイン解と質問を対にどのようなキーワードが上がっていると後のアイデする形で抽出を行なった。その一部を表1に示す。

ア具現化等が行いやすいかといった視点や経験が欠けているためと考えられる。そこで、当センターの表1 抽出したデザイン解と質問の対（一部抜粋）

デザイン支援では、フレームワーク初心者に対し、プロダクトはどういう仕組みなのか？
既存のプロダクトとの違いを正確に言うと？

ファシリテーション（舵取り）3)を行っている。具体的には、顧客セグメントは誰？の様な抽象的な質問

デザイン解○４週間で１回完成するではなく、ユーザーは何に困っていますか、それはどんな場面ですか、それがどう変化すると魅力を感じてくれますかとユーザーの多様な側面について質問を繰り返し、具体的なイメージへと落とし込む様にしている。実際、この様な多様な質問の繰り返しがヒントとなって、開発担当者はフレームワークを効果的に使える様になることは多く見受けられる。
そこで、このフレームワーク作成のヒントとなる設問の出題と回答を繰り返すシステムをつくること
で、フレームワーク完成に導くデザイン支援ができるのではないかと考えた。

○発酵体験ができる○食育になる○醤油のフレッシュさにこだ
わり有り○使い切った頃に原液が届く○自分好みの醤油を楽しめる○・・・・・

デザイン解を得るための質問
・どのくらい使用できますか？
・サービスが完成／完了するまでの時間
は？
・商品で何ができますか？
・ユーザーに何をさせたいですか？
・その商品のこだわりは何ですか？
・どうやって、こだわりを実現していますか？
・サービスを継続する／買い続けてもらう
仕掛けはありますか？
・ユーザーはどんな体験ができますか？
・・・・・・

リバースデザインはデザイン解の推測なので全てのデザイン解が抽出される訳ではないが、表1だけでも多様なデザイン解が得られていることが分かる。
一方で、デザイン解を得るための質問は、それぞれ
簡潔で答えやすいシンプルなものとなっている。実

2.2 デザイン支援方法の見える化
ファシリテーションでは、製品やサービスを成立させるユーザー、機能、及び造形等が決定される理由や、その関係などデザイン上重要なキーワードを導出する質問を行っている。そこで、回答で得られるキーワードをデザイン解と仮定義し、デザイン解を導く質問を抽出する方法について検討した結果、リバースデザインを行動観察する方法を採用した。
永田宙郷氏が考案 4)したリバースデザインは、リバースエンジニアリングの様に完成品からデザイン解を推測する手法で、デザイン学習や競合品の分析などに有効である。今回は、当センターの研究員に、自宅で醤油ができるキットのリバースデザインを行なってもらい、その様子を観察することで、デザイン解を得るための質問の抽出を行った（図1）。

際にデザイン支援でファシリテーションする時も、この様なシンプルな質問を繰り返し、キーワードを獲得していくので、フレームワーク作成のヒントとなる質問を得られていると考えられる。しかし、このまま質問を羅列しても、フレームワークを埋める
ヒントとしては散漫になってしまうので、得られた質問群について、実際のフレームワークのブロックごとに分類を行った。今回は、BMCの9ブロック中、可能性側の4ブロック（顧客セグメント、価値提案、顧客との関係、チャネル）に分類を行ったので、その一部を表2に示す。
分類した質問群について、実際のデザイン支援に使用可能か検証するためのケーススタディを行った。
ケーススタディは、当センターに相談のあった補助事業申請やビジネスコンテストのエントリー等の案
件において、ビジネスモデルの構築や検証に適用をリバースデザインの様子を観察試みた。その結果、作業の取り掛かりとして、具体的なイメージで検討しやすかったといった感想や、
例えば、ヘルスケアサービスのビジネスモデル構築

完成品からデザイン解を推測

で、健康向上のようなユーザー視点の価値しか検討していなかったが、医療費削減など社会的価値も提図1

デザイン解抽出の様子

供できることに気が付いたなど、多様な視点を補足する効果についても評価を得ることができた。一方

今回のリバースデザインでは、完成品を観察して、で、質問群には、検討中の商品やサービスには関係想定するユーザーの具体像や提供している価値、具ない、ビジネスモデルの価値を高める上で重要でな

2【技術資料】ICT及びデザイン技術を活用した生産性の見える化に関する研究

表2 BMC(可能性側)に分類した質問群（一部抜粋）
1 顧客セグメント；顧客は誰？
○誰が使用しますか？
○どんなときに使用しますか？
○ユーザーは何に困っていますか？
○どうなると喜びや嬉しさを感じますか？
○・・・・・・・・
2 価値提案；コアとなる提供価値は？
○ユーザーはどんな体験ができますか？
○商品で何ができますか？
○社会的価値は何ですか？
○・・・・・・・・
3 チャネル；どう売る？
○どこで入手できますか？
○どのくらい使用できますか？
○使い切りですか？継続できますか？
○・・・・・・・・
4 顧客との関係；顧客にどう思われたい？
○似た様な商品・サービスはありますか？
○その商品のこだわりは何ですか？
○その商品にしかできないことは何ですか？
○使い続けたくなる理由は何ですか？
○・・・・・・・・

で、BMC(可能性側)の原案ができるアプリの試作を試みた。なお、試作は、ローコードでカスタムアプリ
開発が行えるClaris社のFilemaker Proを用いて行なった。試作したアプリの画面を図2に示す。
アプリは、最初に使い方やBMC(可能性側)の概要を説明、次にブロック単位で出題される質問に対して回答を入力、最後に完成したBMC(可能性側)の原案を表示という手順になっており、今回のケースス
タディを用いて完成させた事例を図3に示す。

いと判断できる質問も含まれていた。これは、リバースデザインを行なった商品とケーススタディで取り上げた商品の性質が異なるためで、ある商品やサービスでは重要な質問でも、別のタイプの商品では重要でない、必要ない質問もあるためと考えられる。
そのため、質問の意味がよく分からない、全てを回答しなくても良いのではという感想も得られた。また、質問群で得られたものは回答群であって、ブロ（開始時の説明画面）（質問〜回答画面）

図2 試作したアプリの画面（一部）ックを埋めるにあたり、重要度の高い回答から低い回答まで混在して、羅列されている。そのため、共通認識を持つための設計図的なレベルまでBMCの完成度を高めるためには、重要度に応じて必要な回答を選択し、他のブロックの回答と調整を図る等を行う必要があった。
ケーススタディの結果から、リバースデザインで得られた質問群は、初心者へのフレームワーク作成支援に有効であること、質問群は競合品など商品やサービスのイメージが近いものから抽出した方がより適切な質問群が得られることが分かった。また、
質問群に回答すれば自動的にフレームワークが完成する訳ではなく、導けるのは原案までである。完成させるためには、製品やサービスに合わせた更なる調整を図る必要があることから、フレームワークを作成する手始めの段階に用途を限定し、その後の調整は熟練者の指導等を組み合わせるといった活用が効果的と考えられる。
2.3 カスタムアプリの試作評価
リバースデザインで得られた質問群がフレームワークを作成支援に有効と考えられることから、ICT技術を活用し、ビジネスモデルを構築、検討したいBM
C初心者に対し、質問と回答を繰り返してもらうこと

図3 アプリで作成されたBMC(可能性側)の原案
アプリを試用した感想としては、最初の説明により全体像を把握して作業を進められた、ただフレー
ムワークを提示されるより作業しやすかったなどの好意的な反応を得ることができた。また、答えにくい質問があり、どうして良いか分からなかった、進
めていくうちに前の回答を修正したくなるが、その質問がどこにあるか分からなかった、対話のようなニュアンスを感じられず、回答しにくい時があったなどの感想や、このアプリを使って他社製品について回答していくと競合品のビジネスモデルの分析ができるのではといった提案もあった。

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 20213

このような結果から、今回、試作したアプリは、初心者のビジネスモデル構築や検討において、原案
レベルの完成度を目標とするのであれば有効に機能すると考えられる。しかし、商品やサービスの特徴
によっては回答しにくい質問があることや答えているうちに後から回答を修正したくなる場合もあることから、答えにくい質問を飛ばせるようにする、質問群の全体像を確認しながら回答できるようにするなどの改善も必要であることが分かった。フレームワークは当センターのデザイン支援において多く用いられる手法であることから、より効率的にフレー
ムワークが活用できるように、今後も改良を重ねて、実用化を目指していく。
３．ブランド力強化支援ツールの開発
ブランドを構築し強化していくためには、企業が自社や周辺の環境についてしっかりと把握し、それらの情報の中から自社の存在意義や事業の目的を明らかにする。さらに、より多くの人に伝わりやすくするために言葉やイメージに凝縮していく、などの多くの要素や行程を必要とするため、中小企業にとっては、ハードルの高い取り組みとなっている。そこで本項では、中小企業がブランドを事業活動に取り入れやすくすることを目的として、ブランドの構
築及びブランド力の強化につなげるためのフレームワークやワークショップ手法をセットにしたブラン
ド力強化支援ツールの開発について研究を行った。
具体的には、これまでの研究 1)によりブランド構
築に必要な要素を「強み」、「意思」、「環境」の3つと定義し、それらを抽出・整理するための手法を検討する。次に、抽出したブランド要素をもとにビジョンを確立。さらにビジョンを凝縮・洗練させること
でブランドの構築及び強化を目指す（図4）。
3.1 ワークショップによるブランド要素の抽出
自社だけの強みを見つけ出すには、客観的かつ多様な視点から議論を進めていくことが不可欠となる。そこで、出来るだけ多くの情報を抽出する方法
として、ワークショップ形式5),6)でのグループディ
スカッションを取ることとした。ワークショップ形
式の特徴として、事前の準備等は必要であるが短期間でたくさんの意見を集められることや、当事者に主体的に参加してもらうことで議論した結果に対する納得度が高くなること、様々な意見に触れることで新たな発見や視点が生まれることなどがある。ワ
ークショップ形式で重要となるのが、チームとプロ

4

図4ブランド要素、ビジョン、ブランドの関係

グラムとファシリテーションの3つである。まずチームについては、客観的かつ多様な視点を入れるために、社内のメンバーは出来るだけ色々な部署から参加してもらうこと、可能であれば外部の人間も参加できることとした。プログラムについては、以前開発したグランドシート 1)をベースに、ブランディン
グデザイン 7)やビジョンデザイン 8), 9)等のデザイン手法を参考に独自開発したビジョンシート（図5）を使って、各要素もしくは要素間の関係について議論していくことで、企業の使命や目標、価値観からなるビジョンの構築を目指す。ファシリテーションについては、進行やポストイットの使い方、意見の集約など経験やノウハウが必要になるため、初期段階
ではセンター職員が行い、徐々に社内のメンバーに主導権を渡していくこととした。
ワークショップ手法のケーススタディとして、県内のシステム開発を行う企業（S社）の支援に適用
し検証を行なった。S社では、自社商品・サービスの開発と新規顧客の獲得が課題となっている。そこ
で、ワークショップによるブランド要素の抽出と企業のビジョン確立を行なった。チームは、S社の社員4人と、当センターから2名（デザイン担当と情報担当）が参加し、S社の「強み」「意思」「環境」について、ディスカッションを行なった。その結果、これまでの業務で培った、設備とシステム設計に関する知識や対応の速さ及び柔軟性などを強みとして見出すことができた。さらに、意思や環境などの要素をもとに事業の目的や自社のあるべき姿及び大切にする価値などを検討し、最終的に「Smart × Sup
port（スマートバイサポート）」というビジョンを構築し、行動指針も設定することができた。現在、
ビジョンや行動指針をベースとして、新たな事業創出に向けた独自のサービスやビジネスモデルのデザインを進めている。

【技術資料】ICT及びデザイン技術を活用した生産性の見える化に関する研究図6

ブランドコンセプト、ステートメント

3.3 ブランドイメージ構築のためのデザイン支援
次の段階では、コンセプトやステートメントとして凝縮されたブランドを目に見える形へと変換していく。ここでは、ブランドのロゴやテーマカラー、Webページ、パッケージ、名刺などお客様や関係者との接点となるあらゆる要素を統一感のあるイメージでデザインしていく。お客様にコンセプトのメッセ
ージ性と調和したイメージが様々な場面で繰り返し
図5

ビジョンシート

インプットされることで、ロゴやカラーを見るだけで企業や商品が想起され、「○○（商品、サービス）

3.2 ブランド構築に向けたコンセプトの作成
ブランドを構築していくためには、ビジョンシー
トに書き込まれた使命や目標、価値観の内容を社内といえば□□（企業名）だよね」というイメージの定着が期待できる。このイメージの定着こそがブラ
ンド力の強化へとつながっていく。

はもちろんお客様や関係者に伝達、共有できるよう

このフェーズでは、ロゴやパッケージなどのクリに文章やイメージとして可視化する必要がある。

エイティブを担当するデザイナーとの協業が鍵とな

まずブランド要素を凝縮して20文字以内の短い文る。ブランド力の強化においては、上でも説明した章を作成していく。これはブランドコンセプトと呼ように、短期間で成果が出ることは難しく長期間のばれ、言葉を極限まで削ぎ落とし洗練させて、その一貫したイメージ戦略が必要となる。当然、担当すブランドの核となる価値を表現したものである。さるデザイナーもロゴだけWebページだけという単発

らに、ブランドコンセプトを詳しく説明したブランの関わり方ではなく、クリエイティブ全体について

ドステートメントと呼ばれる200〜400文字程度の文

長期にわたって関わっていくことが望ましい。

章も作成する。このブランドコンセプトおよびブラここで問題となるのが、企業とデザイナーとのマ

ンドステートメントの作成はブランドの主軸となるッチングと相互のコミュニケーションである。デザ重要な要素である。

イン開発の経験の乏しい中小企業にとっては、そも

ケーススタディとして、小国町で畳を製造販売しそもデザイナーとの繋がりもなく、誰をどうやってているA社のブランド構築を支援した。A社では、こ選べば良いかわからないことがほとんどである。まれまでのBtoB主体の事業から第2の柱としてBtoC事

た、依頼をする際や提案されたデザインについてや業に取り組み始めており、一般の消費者とのコミュ

り取りをする際も専門性の違いなどからうまくいか

ニケーションをベースとするブランド構築が大きなないことが多い。そこで、企業とデザイナーとのマ課題となっていた。A社とは、過去の支援の中でデザッチングや初期段階での相互のコミュニケーション

イン要素についての議論を進めていたため、それをを当センターのデザイン担当者が仲介、サポートし、もとにビジョンシートを作成した。その結果からブある程度の信頼関係が築けた後は、直接やり取りがランドコンセプトについて様々な言葉の組み合わせできる体制へとシフトしていくこととした。

から案を作成し、最終的に議論に参加したA社のメンケーススタディとして工場野菜の生産と販売を行

バー全員が納得できるブランドコンセプトを決定すっているN社のブランドイメージのデザインを支援ることができた。さらに、コンセプトの詳しい説明

した。N社は独自の工場野菜の生産システムを構築し、としてブランドステートメントも作成した（図6）。

「健康野菜村」というブランド名で、レタスなどの野菜を販売している。事業の拡大に向けて、これま

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

5

図7

ロゴやパッケージ、キャラクターのデザイン

でのスーパーなど小売への卸に加えて、ネット通販
や、デパート等で取り扱うなどの取り組みを始めている。その中で、既存の商品との差別化が課題となっていた。そこでまず、ブランドコンセプトに込め

図8

ブランド力強化支援ツールのイメージ

た想いやこだわり及びお客様との関係性についてヒ
アリングを行い情報の収集と整理を行った。次に、方はデザイン経験によるところが大きく、経験の少

食品関連のデザイン経験が豊富で、柔らかで親しみない者には取り掛かりにくいものであるが、今回検やすいデザインテイストが得意なデザイナーを紹介討した手法等により、初心者や専門家でない人達にし、ヒアリングの内容を共有しながら、ロゴマーク

もデザイン手法による課題解決が浸透して行ければやパッケージ、キャラクターのデザインを行なった

と思う。

（図7）
。結果、デザイン案の作成から最終デザインの決定まで短期間でスムーズに行うことができた。
3.4 ブランド力強化支援ツール開発まとめ

参考文献
1) 石橋伸介, 佐藤達哉, 黒田修平, 松尾英信, 永岡昭

以上、本項では、ビジョンシートを使ったワーク

二, 森山芳生，デザイン思考によるニッチ市場創出

ショップ手法と、ブランドコンセプトの作成手法おのための研究開発. 熊本県産業技術センター研究報

よびブランドデザインのためのデザイナーとのマッ

告, 2019, 第55号, p1-6

チングのサポートという3つのフェーズからなるブ

2) 曽根原士郎.”今こそ知りたい「ビジネスモデルキャ

ランド力強化支援ツールの検討を行なった（図8）。

ンバス」のメリットと活用のポイント”. MANA-Biz.

ここまでに紹介した企業以外にも、県内の企業数

コクヨ株式会社. 2020-12-19.

社を対象にケーススタディを行い、ブランド構築やhttps://www.kokuyo-furniture.co.jp/solution/man

社内の意識向上、新商品開発などの成果に繋がるな

a-biz/2020/12/post-521.php, (参照 2022-07-02)

ど概ね良好な結果が得られた。一方で、ワークショ

3) 特定非営利活動法人日本ファシリテーション協会,

ップの進め方やワークの分量によって回数が増えて“ファシリテーションとは”.

しまい想定以上に期間が掛かってしまうこと、プロ

https://www.faj.or.jp/facilitation/, (参照 2022

ジェクトチームの編成やファシリテーションの仕方-07-02)

によって参加者の発言量や参加意欲に差が出てしまうことなどの課題があることもわかった。

4) 永田宙郷, 講演会「デザインのトリセツ」内で提唱, DESIGN EXPO 2015 in KUMAMOTO, 2015-1
0-06.

４．おわりに

5) 堀公俊，加藤彰，ワークショップデザイン-知をつむぐ対話の場づくり，日本経済新聞，2008

本研究では、リバースデザインによるデザイン手法の見える化、フレームワーク作成支援におけるIC
T活用、ブランド力を強化する支援ツールの開発を行なうことで、課題の発見や新たな発想の支援について検討を行った。それぞれでケーススタディを行ったデザイン開発の場面では、企業や商品等が抱える課題や現状等をどのように捉えるかによって、その後の解決策や成果が大きく異なってくる。その捉え

66) 安斎勇樹，塩瀬隆之，問いのデザイン-創造的対話のファシリテーション，学芸出版社，2020
7) 西澤明洋，中川淳，ブランドのはじめかた，日経BP社，20108) 田子學，田子裕子，橋口寛，デザインマネジメン
ト，日経BP社，20149) 佐宗邦威，直感と理論をつなぐ思考法-VISION DRIVE
N，ダイヤモンド社，2019【技術資料】ICT及びデザイン技術を活用した生産性の見える化に関する研究電磁環境推定モデルを使用したノイズ計測の信頼性向上に関する研究
前田

和輝*・道野隆二*・松枝*寛*・黒田修平*・朝長伸吾*・山口良一**

ものづくり室、** 技術交流企画室

Validation of Reliability Improvement of EMI Measurement Using on
Electromagnetic Environment Estimation Model
MAEDA Kazuki*, MICHINO Ryuji*, MATSUEDA Hiroshi*, KURODA Shuhei*, TOMONAGA Shingo*
and YAMAGUCHI Ryoichi**
電子機器を販売するためには電気用品安全法等に規定されている様々な電磁ノイズ試験をクリアしなければならない。
電磁ノイズ試験は電波暗室等の特別な設備で試験されるため、設備を保有していない県内中小企業は、外部の試験機関を利用しなければならず、コスト面（経済的、時間的）での課題がある。本報告では、電磁ノイズ試験の一つである雑音端子電圧試験に着目し、各企業内で電磁ノイズ試験を実施するための治具の開発や測定方法の検証を行い、実際に電磁ノイズ試験を実施した。

１． はじめにそこで、本報告では、電磁ノイズ試験の１つである雑音端子電圧試験を対象とし、企業内で試験を実

昨今のデジタル化の推進により、情報機器を始めとした様々な電子機器が普及している。電子機器を施できるようにするために、測定に必要な治具の開発や測定方法の検証を行った。

販売するためには、電磁ノイズ規格（EMC規格： El
ectro-magnetic Compatibility 電磁両立性）に対

２．雑音端子電圧試験

応しなければならない。一方、電子機器の小型化・高速化・高機能化により、EMCの対策が複雑化しており、多くの企業でEMC対策が課題となっている。
電子機器の製品設計は主に図1のような工程で行われるが、電磁ノイズ試験に不合格であった場合、合格するまで試験と対策を何度も繰り返さなければならない。また、電磁ノイズ試験は外来電波を遮蔽

雑音端子電圧試験は、電気用品安全法を始めとした各国、各団体の規格に定められている試験で、主に電源線に沿って伝搬する電磁ノイズが規制値以内であることを評価する試験である。1）2)
雑音端子電圧試験は図2のような試験配置で行われる。

した電波暗室で実施されるため、電波暗室を保有していない企業は外部の試験機関を利用することになる。電波暗室は非常に高額で中小企業では保有することは難しい。社外の試験機関を利用したとしても使用料の負担、試験機関までの移動などの時間が必
要で、製品開発における効率化のボトルネックとなっている。
図2 雑音端子電圧試験の配置図
雑音端子電圧試験で用いられる疑似電源回路網は次の機能を持つ。
・電源回路のインピーダンスを一定にする。
・電源に重畳する不要なノイズを分離する。
・妨害波電圧を測定用受信機に出力する。
図1 製品設計における電磁ノイズ試験および対策

疑似電源回路網は規定のものを購入すると高価であり、使用頻度に対しての効果は望めない。そこで

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

7

簡易的に疑似電源回路網を自作することで、疑似電源回路網にかかる費用を１万円以下に抑え、企業内でも簡単に雑音端子電圧を計測できる仕組みを構築する。
2.1 疑似電源回路網の作製
疑似電源回路網は、CISPR16-1-2

3)で規定されており、50/50Hの疑似電源回路網の回路図と各回路定数を図3に示し、作製した疑似電源回路網を図4に
図 5 疑似電源回路網の電圧分配係数の測定系示す。

Factor (dB)2

KNW-242C 校正値
KIRI-LISN

10

図 3 疑似電源回路網の回路図
0.15

0.5

1

5

10

30

Frequency (MHz)図6

疑似電源回路網の電圧分配係数

2.3 雑音端子電圧試験での評価作製した疑似電源回路網 KIRI-LISN を用いて雑音
端子電圧試験を行った。測定対象は AC-DC コンバー
タに接続した LED 照明とし、試験を実施した。前項で測定した電圧分圧係数を EMI 測定システム TEPTODV3(テクノサイエンスジャパン社製)に設定し、協立
図 4 作製した疑似電源回路網(KIRI-LISN)

テクノロジー社製の疑似電源回路網(KNW-242C)と作製した疑似電源回路網（KIRI-LISN）との測定結果を2.2 疑似電源回路網の評価比較した。測定系を図 7 に測定結果を図 8 に示す。

CISPR16-1-2では、疑似電源回路網の電圧分配係数

図 8 より AC-DC コンバータと LED 照明の測定結果(VDF)を測定し、雑音端子電圧試験の測定時に考慮すから、当センターの雑音端子電圧試験の結果と概ねべきことが規定されている。そこで、測定治具を作同等のスペクトルを得られており、その差分は最大製し、疑似電源回路網の電圧分配係数の評価を行っ

5.34dB であった。CIRPR16-1-2 に準拠している疑似

た。測定系を図5に測定結果を図6に示す。図6の破線

電源回路網 KNW-242C との差はあるが、雑音端子電圧は当センターのEMC試験で使用している協立テクノのスペクトルの傾向は捉えられており、作製した疑

ロジー社製の疑似電源回路網KNW-242Cの電圧分配係

似電源回路網(KIRI-LISN)でもノイズの傾向を捉え、

数で、R2年度に外部の校正機関で測定したものであ

認証試験前の事前測定で製品の実力を評価するにはる。測定した結果と比較するとKNW-242Cの特性と概十分有能であると考えられる。

ね一致しており、十分使用できる範囲の特性が得られた。

8【技術資料】電磁環境推定モデルを使用したノイズ計測の信頼性向上に関する研究

GND 面とした。アルミ板の大きさの制約上、疑似電源回路網側と AC-DC コンバータ側で各一枚のアルミ板を使用したが、それぞれ同じアースに接続しており、同電位である。本実験系では、一般の商用電源
から疑似電源回路網を介して AC-DC コンバータへ電源供給を行っている。疑似電源回路網には一次側に1uF と静電容量の大きいコンデンサを用いているた
め、通常より大きな漏れ電流が流れる。実験中の漏電遮断器の動作を防止するため、商用電源のコンセ

図 7 雑音端子電圧試験の測定系

ントと疑似電源回路網の間に絶縁トランスを介し、漏電遮断機が動作しないように対策した。その他、Emission Level(dB V)

90

電波暗室での測定では高さ 40cm のテーブルの上にKNW-242C
KIRI-LISN

80

AC-DC コンバータを配置したが、本実験系では高さ7040cm の発砲スチロールの上に配置して実験を行っ60た。図 10 に示す測定結果より、電波暗室と電子測定

50

室の測定結果を比較すると 1MHz 以下の周波数では
電子測定室の結果が低めに出ているものの、1.5MHz

Difference (dB)

40付近と 15MHz 付近のスペクトルはピークを捉えてお

30
0.15
10

0.5

1
5
Freqency(MHz)1030

り、その他周波数のスペクトルの傾向も捉えている。
また、作製した疑似電源回路網である KIRI-LISN を用いた測定結果も同様の傾向を示しており、電波暗0

室でない実験室での測定においても認証試験前の事

-10
0.15

前測定で製品の実力を評価するには十分有能である

17.78MHz, -5.34dB

0.5

1
5 10
Freqency(MHz)30と考えられる。

図 8 雑音端子電圧試験の測定結果
３．電磁環境推定モデル
3.1 測定環境のモデル化
雑音端子電圧試験は、CISPR をはじめとした規格で試験配置が定められており、電波暗室またはシールドルームでの評価が必要である。一方、中小企業
では、そのような設備は非常に高価で、測定の頻度
図 9 試験配置図を考えると費用対効果の面から導入は非常に難しい。
そこで、疑似電源回路網の特性並びに試験配置に90とすることで、電波暗室などの設備がない環境において雑音端子電圧の測定ができることを検証した。
本報告では、電波暗室と当センターの電子測定室で雑音端子電圧試験の比較を行った。
3.2 開発現場での測定結果
雑音端子電圧試験の試験配置図及び測定結果を図9 及び図 10 に示す。CISPR では、雑音端子電圧試験には基準 GND 面が必要となる。一般的な実験室では、

Emission Level(dB V)

おける特性をブラックボックス化し、１つのモデル

KNW-242C 電波暗室
KNW-242C 電子測定室
KIRI-LISN 電子測定室

80
70
60
50
40
30
0.15

0.5

1
5 10
Freqency(MHz)30

図 10 電子測定室での雑音端子電圧試験

基準 GND 面がないことから、実験室のアースと基準
GND 面となるアルミ板を接続し、本実験系での基準

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

9

４．試験用発振器の開発
4.1 方形波発振器の作製
雑音端子電圧試験の評価においては、被評価装置
が雑音端子電圧試験の周波数帯で安定したノイズを発振できるものが望ましい。しかしながら、市販の一般電気製品では、そのようなものは流通しておらず、また試験研究用の装置は１台当たり数十万円と高価である。そこで、雑音端子電圧試験の評価向けに安定した周波数を発振できる方形波発振器の開発を行った。方形波発振器は比較的安価に作製できる
シュミット・トリガ回路 4)を用いて構成することとした。シュミット・トリガ回路は、入力にヒステリシスを持ち、ある閾値に対し２値化（Hi/Lo）する回路である。ヒステリシスを持つことにより、閾値付近の電圧であっても、過剰に反応することなく、波形のバタつきを抑えられる。また、方形波発振器とすることで、基本周波数の高調波を持つ波形を発振することができ、広帯域なスペクトルを出力することができる。本報告では、基本周波数を 200kHz とし、シュミット・トリガ回路を用いた方形波発振器の開発を行った。

図 12 シミュレーション結果
シミュレーション結果より、基本周波数 fosc は214.45kHz、出力電圧は 94.8mV となり、概ね設計通りであった。基本周波数が異なるのは、LTSpice が提供している IC のモデル特性の差によるものだと考えている。
4.3 方形波発振器の評価
シミュレーションに方形波発振器としての性能が確認できたため、発振回路の試作を行った。試作した回路を図 13 に示し、オシロスコープを用いた実測結果を図 14 に示す。

4.2 回路シミュレーション
まず、回路設計のためにアナログデバイス社のSpice シミュレーションソフトウェア LTSpice5)を用いて回路シミュレーションを行った。シミュレー
ション回路を図 11 に示す。
基本周波数 fosc の設計は、
図 11 の抵抗 R1 とコンデンサ C1 の値で今回使用した IC である 74HC14 を用いると下記の近似式で決定される。
fosc≒1/CR

(Hz)

（1）

ここで、
抵抗 R1 を 10kΩとし、コンデンサ C1 を 0.5nFとすると、基本周波数 fosc は 200kHz となる。IC の駆動回路を 4.5V とした際に、出力電圧が 100mV とな

図 13 試作した方形波発振回路

るように、出力側の抵抗を分圧した。図 12 にシミュ
レーション結果を示す。

図 14 方形波発振回路の実測結果
図 11 方形波発振器のシミュレーション回路

10 【技術資料】電磁環境推定モデルを使用したノイズ計測の信頼性向上に関する研究いては、規格に準拠したものと比較すると数 dB の差実測結果では、基本周波数が 290kHz、出力電圧がは生じたが、スペクトルの傾向は捉えられており、42mV であった。設計値とはずれているが、方形波の企業内での評価では十分利用できる可能性を示した。

発振ができており、疑似電源回路網の評価には問題

また、雑音端子電圧試験の評価用に方形波発振器をないことから、試作した方形波発振器を用いて疑似作製したことで、雑音端子電圧試験の点検に利用で電源網の評価を行う。

き、日頃から発振器を用いて評価することで機器の故障等を予見することができ、信頼性のある測定環

4.4 雑音端子電圧試験の評価境を提供することができる。本研究の成果を企業の試作した方形波発振器を用いて雑音端子電圧試験

技術支援・技術指導につなげていく。

を実施した。疑似電源回路網に直接方形波発振器の出力を印可するため、図 15 のような測定治具を作製

謝

辞し、雑音端子電圧試験を実施した。測定結果を図 16に示す。測定結果より、基本波の周波数は 284.33kHz、

本研究は、「九州地方知事会 EMC 研究会」並びに

出力電圧は 84.27dBuV であった。また方形波発振器「西日本 EMC 研究会」からの協力・助言を得た成果の出力波形を印加していることから、奇数高調波にを活用している。上記研究会に参加している岡山県、

大きなスペクトルが 30MHz 付近まで発生しているこ

山口県、福岡県、大分県、宮崎県及び鹿児島県にはとも確認できている。広帯域にスペクトルを出力で深く御礼申し上げます。

きていることから、雑音端子電圧試験の評価に十分利用できると考えられる。

なお、本研究は公益財団法人JKAの補助を受けて導入した機器（高周波計測システム）を用いた成果であり、深く御礼申し上げます。
参考文献
1)情報通信審議会, "平成23年度情報通信審議会答申諮問第2号「国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）の諸規格について」 のうち「無線周波妨害波及びイミュニテ
ィ測定装置と測定法に関する規格

第2部

第1編

伝

導妨害波の測定」”, 総務省, 平成23年9月16日, https://www.tele.soumu.go.jp/resource/j/inter/cispr/h

図 15 測定治具

yousi/c16-2-1.pdf, 参照2019-07-01
2) 高木相. "EMI測定と測定サイトの特性評価法”. EMC

100

原理と技術 製品設計とノイズ／EMCへの知見. 第2版.

Emission Level (dBuV)

284.33kHz, 84.27dBuV

科学情報出版株式会社，2016, pp.287-289

803) 情報通信審議会, "情報通信審議会からの一部答申
60

諮問第3号 「国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）の諸規格について」のうち「無線妨害波およびイミュ

40

ニティ測定装置の技術的条件 第2編 補助装置 － 伝導
20

妨害波」”, 総務省, 平成19年7月26日, https://www.t00.15

ele.soumu.go.jp/resource/j/inter/cispr/hyousi/mc10.5

15Frequency(MHz)1030

図 16 雑音端子電圧試験による評価

6-1-2.pdf, 参照2019-07-01
4) 鈴木雅臣. “パワーMOSを使ったモーター駆動回路”.
定本 続トランジスタ回路の設計. 第24版. CQ出版, 2

５． おわりに

017, pp.228-2485) 神崎康宏. 電子回路シミュレータLTspice入門編. 第3

企業内で雑音端子電圧試験を実施できるようにす

版. CQ出版, 2010, 255p

るため、簡易的な疑似電源回路網の作製及びその評
価方法について検証を行った。疑似電源回路網につ

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 202111◇ 特集 潰して精度向上、バニシング加工 ◇エンドミルの微小切込み切削による表面改質
Study on surface modification machined by micro end milling processes
川村浩二＊1，坂本重彦＊2，村井満＊1
Koji KAWAMURA，Shigehiko SAKAMOTO and Mitsuru MURAI
Key words : end milling, burnishing mechanism, surface integrity, stainless steel

１．はじめに

２．実験装置および実験方法

近年，急速な経済のグローバル化が進み，アジア諸国の実験装置は 3 軸制御の立形マシニングセンタで，切削工具

新興国企業との価格競争により，日本の製造業を取り巻く環

はねじれ角 43°の 4 枚刃超硬エンドミルを使用し，切削油剤は

境は厳しさを増している．また，国内では生産年齢人口の減

植物油ベースのセミドライ加工専用油剤を使用した．被削材

少や働き方改革への取組みから，企業には労働生産性の向は SUS316 と SUS304 で，脱炭および溶体化処理したもので，上が強く求められている．この状況のなかで，中小企業の機ビッカース硬さ試験方法（JIS Z 2244：2009）で測定した母材

械加工の生産現場では，工程集約やリードタイム短縮など工の硬さは SUS316 が 159 HV，SUS304 が 163 HV であった．

程改善に取り組んできた．しかし，市場からは更なるコスト削実験装置および加工時の模式図を図 1 に示す．加工実験

減，品質改善が要求されている．このため，難削材の部品加は切削現象を理解しやすくするため，エンドミルの底刃を使工など付加価値の高い製品への転換で，活路を見出す企業

用せず被削材の下面より底刃を 1mm 突き出した側面切削とが増えている．その中でもステンレス鋼への需要は大きく，半した．また，エンドミルの刃先形状が加工面品位に影響を及

導体製造装置部品，航空部品などに幅広く使用されている．
半導体製造装置に使用される精密部品の多くは，高い寸

ぼすこともあるため 12) - 15)，前加工条件で加工した 4 枚刃エン法精度が要求されるために切削加工で製作されるが，製造260 m の状態の工具を使用した．その時の状態を非接触三工程内で繰返しの温度変化や腐食の雰囲気など過酷な環境

次元測定装置で測定したところ，底刃から 5 mm 上部の刃先にさらされる．このため，切削加工後の製品は寸法，形状など

丸み約 3.6 μm，逃げ面摩耗幅約 7.5 μm と計測された．

ドミルの刃径のばらつきが 0.5 µm 以内で安定する切削距離の幾何学的性質の要求事項を満たすだけでは不十分で，加EBM の模式図を図 2 に示す．図 2(a)より，EBM は工具半工面近傍の残留応力や材料組織など加工面品位（Surface

径方向切込み量 Rd = 5 µm の微小切込みで生じるバニシング

Integrity）の考慮が必要である 1) 2)．もし，考慮内容が不足す

作用を活用し，被削材表面の表面粗さ向上と同時に，表面改れば，使用中の耐食性低下による腐食が発生し，半導体製

エンドミル
φ8mm, 4枚刃

潤滑方法 MQL

造時の歩留り低下の原因になる．通常，このような要求を満たすには，切削加工で部品を作製後に，ショットピーニングや高周波焼入れによる表面改質が行われる 3) - 5)．しかし，これらの方法は別の作業工程が必要で，生産効率が低下する．そ被削材

こで注目を集めている加工法が，金属材料表面の塑性変形を利用して表面改質を行うバニシング加工である 6) - 10)．
筆者らはエンドミルの微小切込み切削によるバニシング作用を活用し，マシニングセンタ上の加工工程のみで段取り替
えなしに精密仕上げと表面改質を同時に行える新たな精密加 工 法 で あ る エ ン ド ミ ル － バ ニ シ ン グ 法 （ EBM ： end
milling-burnishing method）を提案している 11)．本研究では，

Z
Y
切削動力計

X
工具送り方向ステンレス鋼SUS316の表面層に高い圧縮残留応力を有する

工具回転方向（ダウンカット）

高硬度の仕上げ面を実現するための実験的な検討を行った．

ツールマーク

また，SUS304のデータと比較することで，硬さ上昇に影響を12 砥粒加工学会誌, Vol.66, No.10, (2022), pp.562-565.

1回転で加工する領域

f
被削材

図 1 実験装置および加工時の模式図 11)

8 mm*1 熊本県産業技術センター：〒862-0901 熊本県熊本市東区東町3-11-38*2 金沢工業大学：〒924-0838 石川県白山市八束穂3-1〈学会受付日：2022年 5月26日〉

1 mm

及ぼす要因を明らかにした．

Rd = 5 μm

Y
f

エンドミル

(a) 上面からの模式図

Fx



VB
逃げ面

Y
X

Fy

被削材

(  = 12 deg )すくい面
X(  = 0 deg )

前加工で主に使用

Fx
工具
送り方向

Rd

被削材

(b) 刃先の模式図

図 2 エンドミル－バニシング法（EBM）の模式図 11)

表面粗さ µmµm
Roughness

2.4
EBM加工で主に使用

Fy

PRE RaPRE RzEBM RaEBM Rz

1.904

2.0

1.699

1.669

1.6
1.2
0.8
0.4

0.370

0.348

0.342

0.321
0.058

0.0
Vc
= 60
PRE
f = 50Rd = 800

Vc = 60
EBM-A

Vc = 20
EBM-B
f = 50f = 50Rd =加工条件
5
Rd = 5

Vc = 20
EBM-C
f=2
Rd = 5conditions
図 3 SUS316 Cutting
表面粗さと加工条件の関係

表 1 実験条件
マシニングセンタ

切削工具

被削材
潤滑方法
前加工

加工条件
エンドミルバニシング法（EBM）

3軸立形マシニングセンタ
TiAlNコート超硬スクエアエンドミル
工具直径 : D = 8 mm
刃 数 :4
ねじれ角 : 43°
刃先丸み : 3.6 µm
逃げ面摩耗幅 : V B = 7.5 µm
SUS316, SUS304
MQL(植物性切削油)
切削速度 : Vc = 60 m/min
1刃当たり送り量 : f = 50 µm/tooth
工具軸方向切込み量 : Ad = 8 mm
工具半径方向切込み量 : Rd = 800 µm
切削速度 : Vc = 20 - 60 m/min
1刃当たり送り量 : f = 2 - 50 µm/tooth
工具軸方向切込み量 : Ad = 8 mm
工具半径方向切込み量 : Rd = 5 µm(a) 前加工後の加工面と切りくず(b) EBM-A 加工後の加工面と切りくず

EBM-A加工条件
Vc = 60 m/min, f = 50 µm/tooth
EBM-B加工条件
Vc = 20 m/min, f = 50 µm/tooth
EBM-C加工条件
Vc = 20 m/min, f = 2 µm/tooth

質層を生成するものである．EBM 加工時の刃先の模式図を
図 2(b)に示す．加工実験に使用した工具の逃げ角は 12°，す(c) EBM-C 加工後の加工面と切りくず

くい角は 0°であり，EBM 加工時に主に使用する領域は赤い

図 4 SUS316 加工面と切りくずの光学顕微鏡写真

斜線で示した逃げ面と被削材表面が接触する部分である．実験条件を表 1 にまとめる．加工実験は工具メーカの推奨条件

また，実験条件の中でもっとも小さく設定した切削速度Vc =を参考にした前加工後の加工面に対して，EBM 加工を実施

20 m/min，1刃当たりの送り量f = 2 µm/toothのEBM-C加工後した．加工後の加工面の表面粗さは接触式表面粗さ測定機，の加工面の表面粗さは，Ra 0.058 µm，Rz 0.321 µmであった．

硬さはビッカース硬さ試験機，残留応力は X 線残留応力測定

これは，前加工後の加工面と比較するとRaおよび Rzが1/4以装置により測定した．

下と良好な平滑面が得られた．
前加工，EBM-A 加工および EBM-C 加工後の加工面と切３．実験結果および考察

りくずの光学顕微鏡写真を図 4 に示す．図 4(a)より，前加工後

３．１ 加工条件が表面粗さに及ぼす影響の加工面はツールマークが残り，加工中に約 472 μm の流れ

本実験ではSUS316を被削材に，良好な平滑面を実現する

形の切りくずが排出した．図 4(b)より，EBM-A 加工後の加工ため，EBM加工後の加工面の表面粗さを評価した．表面粗さ

面にもツールマークが残り，加工中に約 129 μm の流れ形のと加工条件の関係を図3に示す．なお，前加工とEBM加工は

切りくずが排出した．図 4(c)より，EBM-C 加工後の加工面は同一工具を使用している．表面粗さ測定は，被削材中央部のツールマークが存在せず，加工中に微細な粉状の切りくずがZ軸方向8 mm幅の下端から1，4，7 mmの3カ所を測定し平均

エンドミルに付着した．図 3 および図 4 より，EBM-C 加工後の値を算出した．前加工後の加工面の表面粗さはRa 0.370 µm，加工面の表面粗さが良好になった要因は，1 刃当たりの送りRz

1.904 µmであった．前加工条件の工具半径方向切込み量を小さくしたことによる理論粗さの影響およびエンドミル刃

量のみRd = 5 µmに小さくしたEBM-A加工後の加工面および先の逃げ面が被削材表面を押しならし，被削材表面が塑性

切削速度もVc = 20 m/minに小さくしたEBM-B加工後の加工

変形することによるバニシング作用の影響で表面粗さが向上

面の表面粗さは，Ra, Rzともに前加工面と同程度であった．

したものと考えられる．

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

13

10,000802348

X線強度 cps

残留応力
残留応力 MPa

1200
800
400
0
-400
-800
-1200
-1600

170

PRE
EBM

6,000

4,000

● γ(200)

2,000

-986

0

PRE
前加工

EBM-A
EBM-B
Vc
= 60
Vc
= 20
f = 50f = 50
加工条件
加工条件

EBM-C
Vc
= 20
f=2

30

50

60

70

80

90

(a) EBM-A 加工後の加工面の X 線回折パターン
R = 0.61
5,000

16

20

-261

24

-184

28

32

36

-113

Vc=20, f=2, Rd=5, Down

加工表面からの深さ μm

図 6 SUS316 EBM-C 加工面の深さ方向の残留応力 16)
３．２ 加工条件が残留応力に及ぼす影響

X線強度 cps

200
0
4
8 12
-200 0
-400
-372
-454
-600
-541
-800
-799
-1000
-986
-1200

40

回折角度 degree

図 5 SUS316 残留応力と加工条件の関係 16)
残留応力 MPa● オーステナイト○ マルテンサイト● γ(111)8,000● オーステナイト○ マルテンサイト

4,000○ α'(110)3,000● γ(111)

2,000
1,000

● γ(200)

0
30

40

50

60

70

80

90

回折角度 degree(b) EBM-C 加工後の加工面の X 線回折パターン
図 7 SUS316 加工条件別の X 線回折パターン 16)

加工工程で生じた残留応力は，製品の形状精度や疲労強度に大きな影響を及ぼす．加工後の加工面の残留応力の符がって，EBM-C 加工条件で生成する加工変質層の深さは，

号（引張，圧縮），大きさおよび深さ分布を評価するため，

16 μm 以上 24 μm 未満である．

cosα 法による X 線応力測定を行った．測定は被削材の Z 軸

３．３ 加工条件がマルテンサイト比率に及ぼす影響

方向 8 mm 幅の中央部 6 カ所で行い，平均値を算出した．残加工条件別の X 線回折パターンを図 7 に示す．X 線回折

留応力と加工条件の関係を図 5 に示す．前加工後の加工面試験は CuK-α 線による 2θ/θ 測定を行い，回折ピークがもっとの残留応力は 802 MPa であり，大きな引張残留応力が生じても高い 45 ° 近傍におけるオーステナイトのピーク γ(111)とマいる．EBM-A，EBM-B および EBM-C 加工後の加工面の残ルテンサイトのピーク α’(110)を比較することで評価した．図

留応力は，348 MPa，170 Pa，-986 MPa であった．この結果よ

7(a)より，前加工後の加工面の結晶構造はオーステナイト相り，EBM 加工を行うと圧縮方向の残留応力が付与できることのみ存在した．図 7(b)より，EBM-C 加工後の加工面の結晶構がわかった．また，EBM-C 加工後の加工面は，通常の切削

造はオーステナイト相とマルテンサイト相が存在した．つまり，加工では生成することができない高い圧縮残留応力を有する

加工条件によりマルテンサイト相が誘起することがわかった．

表面になった．この要因は，エンドミル刃先の逃げ面が被削加工後の加工面の結晶構造を定量的に評価する目的で，

材表面に複数回当たり，表面は押し潰されることで引き伸ばオーステナイト相とマルテンサイト相の比率を求めた．45°近されるが，被削材内部は拘束されて変形ができず，内部に圧傍のそれぞれの回折ピークに Voigt 関数をフィッティングし，縮応力が発生したためと推測される．さらに，被削材表面のマルテンサイト比率を R = α’(110) / [ α’(110) + γ(111) ] と定

金属結晶組織がオーステナイト相からマルテンサイト相へ相義することで評価した．図 7(b)の EBM-C 加工後の加工面の変態する時に体積膨張するため，材料内部でも不均一な状場合は，マルテンサイト比率 R = 0.61 となりマルテンサイト相態になり，高い圧縮残留応力が生成したと推測される．

の占める割合がオーステナイト相より多くなった．

加工後の加工面の深さ方向の残留応力を評価するため，

３．４ 加工条件が表面硬さに及ぼす影響

EBM-C 加工後の加工面に電解研磨装置で直径 5 mm の円加工後の加工表面の硬さを評価するため，ビッカース硬さ

孔部を所定の深さに研磨した後，X 線応力測定を行った．

試験を実施した．試験は試験荷重 0.1 N，荷重保持時間 10

EBM-C 加工面の深さ方向の残留応力を図 6 に示す．加工表

秒で行い，被削材の Z 軸方向 8 mm 幅の中央部 10 カ所を測面からの深さ 0.8 μm および 2.2 μm の残留応力は，-799 MPa，

定して平均値を算出した．ビッカース硬さと加工条件の関係-541 MPa で高い圧縮残留応力を有していた．さらに深くなるを図 8 に示す．前加工後の加工面の硬さは 279 HV であった．

と，徐々に圧縮残留応力が減少し，深さ 23.4 μm の位置の残EBM-A，EBM-B および EBM-C 加工後の加工面の硬さは，

留応力は-184 MPa であった．ただし，この時の測定データの355 HV，371 HV，488 HV であった．この結果より，EBM 加工

誤差範囲は著しく大きくなっており，EBM 加工後の加工表面

後の加工面は 350 HV 以上の高硬度な加工面が得られること層に生成する結晶粒が微細化した加工変質層ではなく，結がわかった．EBM-A および EBM-B 加工後の加工面の硬さよ

晶粒径が大きい母材の領域になっていたと考えられる．したり，切削速度が 60 m/min から 20 m/min に低下した場合，エ14 砥粒加工学会誌, Vol.66, No.10, (2022), pp.562-565.

500
400

355

371

279

300
200

488

PRE
EBM

159

100
0

母材
母材

図 8 SUS316

ビッカース硬さ
ビッカース硬度HV
HV

ビッカース硬さ HVHardness HV

600

600
400

354

374

EBM-A
EBM-A

EBM-B
EBM-B

276

300
163

200

100
0

母材
母材

EBM-A
EBM-C
PRE
Vc = 60 EBM-B
Vc = 20 Vc= 20
前加工
f = 50f = 50
f=2
加工条件

PRE
前加工

EBM-C
EBM-C

加工条件
17)
加工条件
図 9 SUS304 ビッカース硬さと加工条件の関係

16)
Cutting conditions
ビッカース硬さと加工条件の関係

R = 0.72

ンドミル刃先の逃げ面と被削材表面の接触時間が計算上 0.2
X線強度 cps

5,000

ms から 0.6 ms に増加することから，より切削力を被削材表面に伝達したために硬さが 355 HV から 371 HV に上昇したと考えられる．また，本実験条件の中でもっとも切削速度と 1 刃当たりの送り量が小さい EBM-C の加工条件では，母材の硬さ● オーステナイト○ マルテンサイト

4,000○ α'(110)3,000● γ(111)2,000

159 HV と比較して 3 倍以上の 488 HV まで硬さが上昇するこ1,000とがわかった．これは 1 刃当たりの送り量を小さくすると，エン0● γ(200)

30

ドミル刃先の逃げ面と被削材表面が同一面で複数回接触し，

40

50

60

70

80

90

回折角度 degree

被削材の塑性変形による結晶格子内の転位密度が高まって

図 10 SUS304 EBM-C 加工後の加工面の X 線回折パターン 17)

著しく硬さが上昇したと考えられる．
３．５ 硬さの上昇に影響を及ぼす要因の考察
硬さが上昇した要因を調査するため，SUS304 を被削材に

492

PRE
EBM

500

謝 辞

本実験と同一方法で EBM-C 加工後の加工面のビッカース硬本研究で使用した機器は，公益財団法人 JKA の補助を受さ試験と X 線応力測定を行った．SUS304 のビッカース硬さとけて整備したものであり，ここに記して深く御礼申し上げます．

加工条件の関係を図 9 に示す．SUS304 の前加工後の加工面の硬さは 276 HV であった． EBM-A，EBM-B および５．参考文献EBM-C 加工後の加工面の硬さは，354 HV，374 HV，492

1)
2)

HV であった．SUS304 と SUS316 の硬さを比較すると，双方の各加工条件で大きな違いは見られず，同程度の表面硬さを示した．次に，SUS304 の EBM-C 加工後の加工面の X 線回折パターンを図 10 に示す．図より，結晶構造は SUS316 と同様にオーステナイト相とマルテンサイト相が存在し，マルテン
サイト比率は R = 0.72 であった．
以上の結果から，EBM-C 加工後の加工面は SUS304 とSUS316 で表面硬さは大きく変わらないが，マルテンサイト比率が大きく異なることがわかった．硬さ上昇の要因は，加工硬化（結晶格子内の転位密度の増大）とマルテンサイト相へ相変態する際の体積膨張の影響が考えられるが，本加工方法
では前者の加工硬化の影響が支配的であった．
４．結 言
本研究では，ステンレス鋼 SUS316 と SUS304 を被削材に，エンドミル－バニシング法の加工条件が加工面品位に及ぼす影響を実験的に調査し，以下の結論を得た．
(1) SUS316 の切削速度 Vc = 20 m/min，1 刃当たりの送り量
f = 2 m / tooth の加工条件において，986 MPa の高い
圧縮残留応力を有する加工面が得られる．また，加工変質層の深さは，16 μm 以上 24 μm 未満である．
(2) バニシング加工による硬さ上昇の要因は，マルテンサイト

高沢孝哉：Surface Integrity，精密工学会誌，55，10 (1989) 1772．
吉田喜太郎：Surface Integrity に関する研究の現状，砥粒加工学会誌，
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3) 原田泰典：ショットピーニング，表面技術，67，1 (2016) 2．
4) 当舎勝次：ピーニング技術の最新動向，砥粒加工学会誌，65，2 (2021)
66．
5) 藤木栄：高周波焼入れの事例，機械設計，61，6 (2017) 24．
6) 岡島英昭：センタレス・ローラバニシング法の研究（第 1 報），精密工学会
誌，65，4 (1999) 610．
7) 大橋正英：ローラバニシング加工，ツールエンジニア，58，9 (2017) 42．
8) 笹原弘之，矢田智彦，富永啓介，木内智：炭素鋼S45Cへの摩擦撹拌形バニシング加工による硬化組織の創成，日本機械学会論文集C編，78，787(2012) 996．
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10) 岡田将人，吉野裕大，新川真人，柳嘉代子，佐々木敏彦：工具回転型
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12) 近藤英二，皮籠石紀雄，向井原崇，引地力男：丸みのある切れ刃に作用する切削抵抗，日本機械学会誌，C 編，66，651 (2000) 236．
13) 引地力男，近藤英二，皮籠石紀雄，新井実：切削加工における加工硬化層の生成機構，日本機械学会誌，C 編，68，67 (2002) 2175．
14) 池田雄一郎，森田昇，山田茂，高野登，大山達雄，堀功：微小切込みにおける 2 次元切削現象に関する研究，砥粒加工学会誌，53，9 (2009)560．
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16) 川村浩二：ステンレス鋼 SUS316 の加工面品位に及ぼすバニシング加工の影響，2020 年度砥粒加工学会学術講演会論文集，(2020) 213．
17) 川村浩二：エンドミルの微小切込み切削によるステンレス鋼の表面改質に関する研究，Ph.D.thesis，Kumamoto University，(2017)．

相へ相変態する際の体積膨張の影響より加工硬化の影
響が支配的である．

熊本県産業技術センター 研究報告書 No.57. 2021

15

編集委員会
委員長
委 員

森山 芳生
松尾 英信
渡辺 秀典
黒田 修平
池田 朋弘
野口 サララ吉田 恭平
齋田 佳菜子
川口 真里奈熊本県産業技術センター研究報告 第 57 号 令和３年度
編集・発行 熊本県産業技術センター〒862-0901 熊本市東区東町 3-11-38
TEL: 096-368-2101（代表）FAX: 096-369-1938

発 行 者：熊本県
所

属：熊本県産業技術センター

発行年度：令和４年度