ISSN 0919-6676
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試 験 研 究 報 告平成１９年度

福島県ハイテクプラザ

平成１９年度

福島県ハイテクプラザ試験研究報告
目次○研究開発事業
公募型新事業創出プロジェクト研究事業
１

窒素固溶によるステンレス鋼の高機能化に関する研究開発･ ･ ･ ･････････････ 1
研究開発部材料技術グループ
栗花信介 光井 啓
宮城工業高等専門学校
吉田光彦
駿河精機株式会社
桑岡正雄
トミー株式会社
西喜久雄
林精器製造株式会社
深山 茂

２

新エネルギー用マイクロ発電システムの開発･････････････････････････････ 5
研究開発部システム技術グループ
高橋 淳 大内繁男 吉田英一
東北大学大学院工学研究科
一ノ倉 理 中村健二 後藤博樹
有限会社エイチ・エス・エレクトリック 関本英雄
株式会社ジーエスピー
鈴木 実 高藤恭胤 稲本勝彦
株式会社中川水力宍戸俊一 杉内隆一郎

地域活性化共同研究開発事業
１

精密機器のための微細溶接技術による応用製品の開発（第１報）･･･････････ 9
研究開発部プロセス技術グループ
佐藤善久 小野裕道 吉田 智
いわき技術支援センター材料グループ
安藤久人 冨田大輔
有限会社遠藤電子
遠藤八郎
大野ベロー工業株式会社株式会社
佐原代喜 新蒔正之蛭田 仁 平山正一
株式会社ピュアロンジャパン
高橋 誠

２

組込み応用製品の高機能化・高信頼性化に関する研究････････････････････ 13
研究開発部システム技術グループ
尾形直秀 高樋 昌
平山和弘 浜尾和秀
株式会社アイ・イーエス
佐藤正一 土屋 明
田中精機株式会社
須藤勝広 藤原広征
株式会社マクロウェア
寺脇勝彦 千代一臣
フロンティア・オンライン
酒井克弘 渡辺俊枝
松村 豊 武藤洋介

３

小径パイプ内面の高度研磨技術の開発（Ⅰ）････････････････････････････ 17
いわき技術支援センター材料グループ
安藤久人 冨田大輔
株式会社神崎製作所
神崎二郎
株式会社光陽社
安部賢一

福島、山形、新潟三県公設試験研究機関共同研究事業
１

地域特産資源を活用したふるさとブランド機能性食品の開発(第２報) ････ 21
会津若松技術支援センター食品技術グループ
関澤春仁 後藤裕子 谷口 彩
室井梨沙子 河野圭助

産業廃棄物減量化・再資源化技術開発支援事業
１

酸化セリウム系ガラス研磨材のリサイクル･･････････････････････････････ 25
いわき技術支援センター材料グループ
加藤和裕
企画支援部連携支援グループ
中山誠一
新協工業株式会社
渡邊敏広 服部喜清
株式会社オプトネクサス
蒲生金太郎 宗像優博 渡辺照男
株式会社アサカ理研
安田紀彦 笹崎克之
福島大学共生システム理工学類
佐藤理夫

受託研究事業１

ＵＶ－ＬＩＧＡを用いた微細磁気構造をもつ
磁性体めっきパターン形成による磁気スケールの開発････････････ 29（（独）科学技術振興機構 産学共同シーズイノベーション化事業 顕在化ステージ）
研究開発部プロセス技術グループ
三瓶義之 安齋弘樹 伊藤嘉亮
ニッコーシ株式会社
前田 修 中村 寛 小山内俊介
福島大学共生システム理工学類
山口克彦
２

薄地炭素繊維織物とその積層織物の製造技術の開発･･････････････････････ 32
福島技術支援センター繊維・材料グループ（（独）科学技術振興機構 地域イノベーション創出総合支援事業「事業化可能性試験」）
三浦文明 東瀬 慎
佐々木ふさ子
斎藤産業有限会社
齋藤捷一
３ 大型三次元座標測定機の開発･･････････････････････････････････････････ 35（（社）いわき産学官ネットワーク協会 産学官連携プロジェクト創出モデル事業）
いわき技術支援センター材料グループ
冨田大輔
株式会社ヨコハマ吉倉
佐藤 優
有限会社品川通信計装サービス
松崎辰夫
いわき明星大学
高 三徳

試験研究機関ネットワーク共同研究事業
１

ソバの機能性成分含量に及ぼす品種および栽培条件の影響････････････････ 38
会津若松技術支援センター食品技術グループ
遠藤浩志 小野和広
農業総合センター 会津地域研究所
渡部 隆

２

福島県オリジナル「紫アスパラガス」品種および機能性強化資材の開発････ 41
研究開発部システム技術グループ
尾形直秀 平山和弘
農業総合センター 作物園芸部品種開発グループ
仁井智己

３

無線ＬＡＮを用いた果樹ほ場の温度測定法および凍霜害対策への活用法の開発･･････････ 44
研究開発部システム技術グループ
高樋 昌 濱尾和秀
農業総合センター 経営企画グループ
朽木靖之 棚橋 紺
果樹研究所
永山宏一

４

福島県オリジナル大吟醸酒向け酒米品種の育成（第３報）････････････････ 47
会津若松技術支援センター 食品技術グループ 高橋 亮 鈴木賢二
櫛田長子
農業総合センター
佐藤弘一 吉田直史
佐藤博志

５

猪苗代湖環境負荷に対するユビキタス・センシング・モニターの開発･･････ 48
研究開発部 システム技術グループ
濱尾和秀 高樋 昌
環境センター
町田充弥 鈴木 聡

６内燃機関への植物油利用技術･･････････････････････････････････････････ 53
研究開発部 材料技術グループ
内田 達也 植松 崇
渡部 修
研究開発部 プロセス技術グループ
伊藤 嘉亮 池田 信也
大野 正博
農業総合センター
藤沢 弥榮 棚橋 紺

ニーズ対応型研究開発事業
１

新多様性清酒酵母の開発･･････････････････････････････････････････････ 56
会津若松技術支援センター食品技術グループ
鈴木賢二 高橋 亮
櫛田長子

２フェノール系有機資源の物質選択性を利用した高機能エコ製品の開発･･････ 59
研究開発部材料技術グループ
内田達也 植松 崇
宇津木隆宏 渡部 修

３

難分解性有機質を分解する酵素の開発（Ⅰ）････････････････････････････ 62
研究開発部プロセス技術グループ
大野正博 池田信也

４

拡散容器における機能性膜の支持体用織物の開発････････････････････････ 65
福島技術支援センター繊維・材料グループ
長澤 浩 三浦文明
野村 隆 東瀬 慎
佐々木ふさ子
富士システムズ株式会社
佐藤耕司郎 片山正徳

５

伝統工芸技術の融合によるユニバーサルデザイン製品の開発･･････････････ 68
会津若松技術支援センター産業工芸グループ
出羽重遠 小熊 聡
須藤靖典 山崎智史
水野善幸○技術相談・移転事業
戦略的ものづくり技術移転推進事業
公募型ものづくり短期研究開発事業
１「牛の張り子」の商品開発･･････････････････････････････････････････････ 71
会津若松技術支援センター産業工芸グループ
竹内克己
野沢民芸品製作企業組合

２

動的に負荷分散するロードバランスサービスの構築･･･････････････････････ 73
研究開発部システム技術グループ
平山和弘 高樋 昌
エヌケー・テック株式会社
荒川直高

３

レジンコンクリートの特長を生かした高付加価値プランターの開発･････････ 75
研究開発部プロセス技術グループ
安齋弘樹 池田信也
会津若松技術支援センター産業工芸グループ 出羽重遠 山崎智史
吉田工業株式会社
吉田秀次 山田和求

４ＵＶインク硬化プリンターの小型化･････････････････････････････････････ 77
研究開発部材料技術グループ
植松 崇 渡部 修
研究開発部システム技術グループ
尾形直秀
東洋エレクトロ株式会社
荒川範雄 加藤友和

５ステンレスパイプ溶接部の疲労破壊特性評価方法の確立と溶接条件の最適化･････････････ 79
企画管理部連携支援グループ
工藤弘行
関口工業株式会社
吉田 豊

６

蜂蜜酒「ミード」における製造管理技術の確立･･･････････････････････････ 81
会津若松技術支援センター食品技術グループ 高橋 亮 鈴木賢二
櫛田長子
有限会社峰の雪酒造場
佐藤利也○その他の関連事業
科学研究費補助金事業
１

ポリオレフィン表面への機能性微粒子の簡便な固定方法の開発････････････ 83
いわき技術支援センター材料グループ
吉田正尚

調査研究開発事業
１

植物生育促進のための微生物資源の検討････････････････････････････････ 85
研究開発部プロセス技術グループ
池田信也 大野正博
渡邊 真※「公募型新事業創出プロジェクト研究事業」、「地域活性化共同研究開発事業」、「福島、山形、新潟三県公設試験研究機関共同研究事業」は電源立地地域対策交付金により実施しました。

公募型新事業創出プロジェクト研究事業

窒素固溶によるステンレス鋼の高機能化に関する研究開発－加圧窒素焼結による高窒素ステンレス焼結材の製造－
Reserch for High-performance Stainless Steel by Nitrogen Solid Solution- Product of High Nitrogen Stainless Steel by Sintering under Pressurized Nitrogen Gas -研究開発部 材料技術グループ
宮城工業高等専門学校
駿河精機株式会社
トミー株式会社
林精器製造株式会社

光井 啓
吉田光彦
桑岡正雄
西喜久雄
深山 茂

栗花信介

ニッケルを含まないフェライト系ステンレス焼結材(SUS430L、Fe-20%Cr)において、圧粉・成形し脱脂した試験片に対し真空熱処理炉を利用した加圧窒素焼結を行うことで、焼結を行うと同時に表面から窒素を固溶・拡散させ、組織をフェライト組織から耐食性の良いオーステナイト組織に変化させた。この方法により、高窒素ステンレス焼結材の製造工程の減少と製造時間の短縮を図ることができた。また、加圧雰囲気で焼結を行うことで高密度の焼結体を得ることができた。
Key words:高窒素、ニッケルフリー、ステンレス、焼結、加圧、真空熱処理炉

性の良いオーステナイト組織に変化させることができる。
近年、ニッケルの価格の高騰により、ステンレス鋼
本研究グループは、平成 18 年度の研究により、粉の価格が上昇している。例えば、ニッケルを約 8 ％含
末冶金プロセスで作製した
SUS430L ステンレス焼結むオーステナイト系ステンレス鋼 SUS304 の価格は、材に対して真空熱処理炉を利用した加圧窒素吸収処理
ニッケルを含まないフェライト系ステンレス鋼を行うことで、SUS430 窒素吸収圧延材に匹敵する引SUS430 の 2 ～ 3 倍の高価格となっている。また、ニ4)
ッケルの溶出によるニッケルアレルギー問題などから、 張強度と延性を付与できることを明らかにした 。
平成 19 年度研究では、SUS430L および Fe-20%Cr
ニッケルを使用しないニッケルフリー高耐食ステンレ
において、加圧窒素雰囲気で焼結と窒素吸収処理を同ス鋼の開発が求められている。
時に行う加圧窒素焼結による高窒素ステンレス焼結材
最近、窒素を積極的に有効利用する研究が行われての製造方法を検討した。
おり、ステンレス鋼においてもニッケルの代わりに窒１．緒言素を固溶させることにより、従来のオーステナイト系
ステンレス鋼に比べて高強度・高耐食性を有することが明らかになってきた1)。窒素を固溶させる方法としては窒素ガス加圧式エレクトロスラグ再溶解(ESR)法
2)
や窒素吸収処理3)などがある。窒素吸収処理はフェラ
イト系ステンレス鋼に熱処理で窒素を固溶させる比較的簡便な方法で、熱処理前のフェライト組織から耐食
高窒素ステンレス焼結材の製造方法[H18年度研究][H19年度研究]

窒素焼結後に窒素吸収

加圧窒素焼結

圧粉成形

圧粉成形

脱脂

脱脂

窒素焼結
(炉冷)

加圧窒素焼結
焼結＋窒素吸収

窒素吸収処理図1.

２．実験
２．１． 加圧窒素焼結法
粉末冶金プロセスは金属粉末とバインダーの混合物を原料として圧粉・成形・焼結により精密金属部品を製造する方法で、複雑形状が容易にできることや量産性に優れていることなどの特徴を持っている。図 1 に
本研究で行った高窒素ステンレス焼結材の製造方法を示す。
平成 18 年度に行った製造プロセスは焼結後に窒素吸収処理を行う方法である。脱脂後の成形体は非常にもろいため、焼結時の昇温および冷却は比較的緩やかに行わなければならず、焼結には約 1 日間かかる。その後、さらに高濃度に窒素を固溶させるための(加圧)
窒素吸収処理を行うので生産性は良いとは言えない。
そこで、平成 19 年度は、脱脂後の成形体を窒素雰
囲気で熱処理することにより、焼結すると同時に材料中に窒素を吸収させ、工程数の減少および製造時間の短縮について検討を行った。さらに加圧窒素雰囲気にすることにより焼結体の高密度化を図った。

高窒素ステンレス焼結材の製造方法- 1-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告２．２． 実験方法
引張試験片形状（平行部寸法：厚さ約 2.6mm ×幅
約 5.7mm ×長さ約 23mm)に成形し、873K で脱脂したサンプルを真空熱処理炉に設置し、真空排気しながら 10K/min で 1473K まで昇温し、0.1、0.4 および
0.7MPa の窒素ガスを導入する。8 時間の熱処理(加圧窒素焼結)を行った後、0.7MPa の加圧ガス中で急冷した。また、比較のために真空排気(約 50Pa)しながら 8
時間熱処理を行ったもの(窒素吸収なし)を作製した。
なお、以上は平成 18 年度研究における窒素吸収処理と同じプロセスである。
得られたサンプルを用いて、金属顕微鏡による組織観察、窒素吸収量測定、引張試験、耐食性試験を行った。以降、窒素焼結後に窒素吸収処理を行ったサンプ
ルと加圧窒素焼結を行ったサンプルを比較する際には、それぞれ SUS430L-A、Fe-20%Cr-A および SUS430L-B、Fe-20%Cr-B として結果を表記する。

(a)

(b)

(c)

(d)

図2. 焼結体の気孔の分布形態.
(a)SUS430L-A、0.7MPa、(b)SUS430L-B、0.7MPa、(c)Fe-20%Cr-A、0.1MPa、(d)Fe-20%Cr-B、0.1MPa.
(a)SUS430L(b)Fe-20%Cr

窒素吸収処理なし 0.1MPa
0.4MPa0.7MPa

窒素吸収処理なし 0.1MPa
0.4MPa0.7MPa7.7

３．実験結果および考察

7.6

３．１． 焼結密度の比較
粉末の焼結において、圧粉した状態では粉末粒子間に必ず空隙(気孔)が形成される。焼結の進行とともに粉末同士の接点間での結合が拡大し、気孔は相互に連結しながら小さくなっていくが、最終的に結晶粒界や粒内に分散し残存してしまう。この気孔の形態が焼結材の機械的性質や耐食性に影響を及ぼす。図 2 に焼結体の気孔の分布形態を示す。黒く見えるところが気孔であり、SUS430L および Fe-20%Cr のいずれにおいても A(窒素焼結→窒素吸収処理)と比較して B(加圧窒素焼結)の方が気孔は小さく数が少ないことが判る。
図 3 にアルキメデス法により測定した焼結体密度を示す。SUS430L-A については 0.7MPa のみの実験結果ではあるが、SUS430L、Fe-20%Cr のいずれにおいてもSUS430L‐A, 0.7MPa

SUS430L-A

SUS430L-B

7.6

7.5

7.5

7.4

7.4

7.3

7.3

7.2

7.2

7.1

7.1

7.0

図3.

Fe-20%Cr-A

Fe-20%Cr-B

窒素焼結後に窒素吸収処理加圧窒素焼結

7.0
窒素焼結後に窒素吸収処理加圧窒素焼結

密度測定結果.

(a)SUS430L、(b)Fe-20%Cr.

気孔の分布形態とよく対応して、加圧窒素焼結を行う
ことにより高密度化を図ることができることが判った。
加圧窒素焼結では、窒素圧力を高くすることでより緻密化が進行する傾向にあるが、Fe-20%Cr に おいて
0.7MPa で熱処理すると、窒素吸収量を多すぎて窒化物が析出してしまうため密度がやや低くなると考えら

SUS430L‐B, 0.7MPa

Fe‐20Cr‐A, 0.1MPa

1000

1000

800

800

600

600

400

400

200

7.7

Fe‐20Cr‐B, 0.1MPa

200

(a)

0

(b)

0

Fe‐20Cr‐A, 0.4MPa

Fe‐20Cr‐A, 0.7MPa

Fe‐20Cr‐B, 0.4MPa

1000

2000

800

1500

600

Fe‐20Cr‐B, 0.7MPa

1000

400
200

500

(c)

(d)

0

0

図4. EPMAによる試料断面における窒素のX線強度プロファイル比較.
(a)SUS430L,0.7MPa、(b)Fe-20%Cr,0.1MPa、(c)Fe-20%Cr,0.4MPa、(d)Fe-20%Cr,0.7MPa.

- 2-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

れる。比較として真空排気しながら焼結を行った「窒素吸収なし」の焼結密度が比較的高いのは、原子の拡散が早いフェライト組織のままであるため緻密化が進行したと考えられる。

張強度と最大点ひずみを示す。窒素雰囲気で焼結を行わないサンプルでは SUS430L、Fe-20%Cr のいずれもフェライト組織を有しているため延性は高いものの引張強度は 400MPa 程度と低い。一方、窒素を吸収させオーステナイト組織とすることで延性は 1/2 に減少す３．２． 窒素吸収量るものの引張強度は 2 倍以上に上昇する。SUS430L
材料内部への窒素の吸収・拡散状態を確認するため、 では 0.7MPa、Fe-20%Cr では 0.4MPa において最も強EPMA による試料断面における窒素の X 線強度(N-K
度・延性バランスが良いと言える。製造プロセスの違α線)のライン分析を行った。図 4 に製造プロセスのいによる機械的特性を比較すると、SUS430L で は違いによる窒素の X 線強度プロファイルの比較を示
0.7MPa のみの比較ではあるがほぼ同程度の強度・延す。SUS430L の 0.7MPa および Fe-20%Cr の 0.4MPa性を有している一方で、Fe-20%Cr では B の方が強度では A、B のいずれの製造方法でも内部まで窒素が吸・延性ともに低下している。一般に機械的特性は窒素
収・拡散しており均質となっている。Fe-20%Cr-B の吸収量と良く対応しており、図 4 に示すように0.1MPa(図 4(b))において中心部付近で X 線強度が低Fe-20%Cr において A と B で窒素の濃度プロファイル
くなっており、内部において窒素濃度の低いフェライに違いがあるため、特に窒素濃度の低い組織を有する
ト組織が残留していることを示している。一方、図 4
Fe-20%Cr-B の 0.1MPa および 0.7MPa で機械的特性が(d)に示すように、Fe-20%Cr-A の 0.7MPa では表面近低下したと考えられる。しかし、これらの条件でも熱傍で X 線強度が高くなっており、スパークピークも処理時間を長くすることで、機械的特性は改善される
見られ、大量の窒化物が析出していることを示唆して(A と同程度かそれ以上になる)と予想される。
いる。A と B で窒素の吸収・拡散状態が異なるのは、窒素原子の拡散速度に大きく寄与する図 2 に示すよう
３．４． 耐食性試験(アノード分極曲線)
な気孔の分布形態の違いによるもので、すなわち気孔
耐食性はアノード分極曲線により評価を行った。
が大きく多数存在する A の方が内部まで早く窒素が1M(1kmol/m3)の NaCl 水溶液(40 ℃)を窒素ガスで 30
拡散するためであると考えられる。
分間脱気した後、サンプルを浸漬し-700mV vs. SSE(銀/塩化銀参照電極)で 10 分間カソード処理後 10 分
３．３． 引張試験
間静置してから-700mV vs. SSE からサンプルに流れ
図 5(a)に引張試験の結果例として Fe-20%Cr-B におる電流密度が 1000 μ A/cm2 に達するまで掃引速度
ける応力-ひずみ線図を、図 5(b)および 5(c)にそれら+20mV/min で測定を行った。図 6 にアノード分極曲から得られた SUS430L および Fe-20%Cr 焼結体の引線 の 結 果 例 と し て 0.1MPa で 加 圧 窒 素 焼 結 し た
SUS430L のアノード分極曲線を示す。電流密度が 0となる電位を自然電位(Vcorr)と呼ぶ。Vcorr は溶液中に(a)
静置した時の電位である。サンプル表面の電位を Vcorr
から強制的に貴な方向にシフトさせると指数関数的に電流密度が増加し、金属元素の溶出(腐食)が進行する。
ステンレス材料においては、薄く緻密な酸化皮膜(不動態皮膜)の存在により、この領域で電流密度が数μ2A/cm と低く腐食の進行が抑えられる(不動態化)。しかし、不動態皮膜もある電位をもって失効し、それより貴な領域では腐食(NaCl 水溶液中では孔食腐食)が◇ A-窒素吸収なし◆ B-窒素吸収なし□ A-0.1MPa■ B-0.1MPa
急激に進行するようになる。電流密度が 100 μ A/cm2△ A-0.4MPa▲ B-0.4MPa○ A-0.7MPa● B-0.7MPaとなる電位を便宜的に腐食が進行し始めた電位 V100 と
1200
1200
1000
1000
定義すると、Vcorr ～ V100 が不動態域、すなわち耐食性
800800
発現領域となる。電位を Vcorr から貴な方向にシフト600600させるほど厳しい使用環境を模擬したものとなるので、
400
400
200
200
Vcorr および V100 が貴なほど耐食性は良いと言え、Vcorr
(b)
(c)
0
0
と V100 の差が大きいほど環境適応性が高いと言える。
0
20
40
60
0
20
40
60
最大点ひずみ / %図 7(a)および 7(b)に種々の圧力で加圧窒素焼結した
最大点ひずみ / %SUS430L
および Fe-20%Cr における不動態域の比較を
図5. (a)Fe-20%Cr-Bにおける応力-ひずみ線図と(b)SUS430L示す。SUS430L および Fe-20%Cr のいずれにおいてもおよび(c)Fe-20%Crの引張強度と最大点ひずみ.
窒素雰囲気で焼結することにより耐食性は向上してお- 3-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

り、0.1MPa で窒素焼結した SUS430L および 0.1、0.4
MPa で(加圧)窒素焼結した Fe-20%Cr は SUS316L と同等かそれ以上の耐食性を示した。一般に、固溶窒素
濃度が高くなるほど耐食性は向上すると言われているが、本研究では、固溶窒素濃度の最も低い 0.1MPa で最も耐食性が良いという結果が得られた。本研究で用いた真空熱処理炉の冷却速度は約 100K/s で、一般的な水冷(1000K/s)に対し比較的遅いため 5)冷却中に微量の Cr 窒化物が形成されたことにより、その周辺部に Cr 濃度の低い領域ができ、固溶窒素濃度が高くなるほどその量が多くなり耐食性が劣化したと考えられる。Cr 窒化物の存在しない板材では孔食腐食が始まると一気に 100 μ A/cm2 以上に電流密度が上昇するのに対し、図 6 に見られるように-200mV vs. SSE 付近
からやや緩やかに電流密度が増加しているのはそのためであると推察される。
1M-NaCl水溶液（40℃）
N2脱気(30分)
カソード処理(-700mV vs. SSE 10分)
10分静置後測定

10

1
‐500

‐300

‐100

100

300

0.1

0.01

Vcorr

図6.

電位 / mV vs. SSE

0.1MPaで加圧窒素焼結したSUS430Lの
アノード分極曲線
(a)
800
600
400
200
0
‐200

ニッケルを含まないフェライト系ステンレス焼結材(SUS430L、Fe-20%Cr)において、圧粉・成形し脱脂した試験片に対し真空熱処理炉を利用した加圧窒素焼結を行った。その結果、以下の知見を得た。
(1)脱脂まで行ったフェライト系 Fe-Cr 合金粉末成形
体を加圧窒素雰囲気で長時間熱処理することで、高密度焼結体とするとともに試料内部まで窒素吸収させオーステナイト組織とすることができた。また、焼結と窒素吸収処理を同時に行うことで製造工程・時間の短縮を図ることができた。
(2)加圧窒素焼結により SUS430L では最大 800MPa、Fe-20%Cr では最大 1000MPa まで引張強度が上昇した。
しかし、高密度化したことにより内部まで十分に窒素が吸収されておらず、伸びは 20%強と延性はさほど得られなかった。
(3)固溶窒素により焼結体の耐孔食腐食性は向上し、
SUS316L と同等かそれ以上の耐食性を有する条件を
見出した。

V100

100

‐700

３．結言

V100

参考文献
1)黒田大介：“生体用 Ni フリーステンレス鋼”、熱処理、48(1)、pp.18-25、2008
2)片田康行：“加圧式 ESR 法による高濃度窒素鋼の製造”、ふぇらむ、pp.12-13、2002
3)黒田大介ほか：“窒素吸収処理を利用した Ni フリーステンレス鋼製品の製造技術の開発”、まてりあ、
pp.139-141、2004
4)栗花信介ほか：“窒素固溶によるステンレス鋼の高機能化に関する研究開発”、福島県ハイテクプラザ
平成 18 年度試験研究報告、pp.7-10、2007
5)H. Mitsui ほか：“Solution Nitriding Treatment of
Fe-Cr Alloys under Pressurized Nitrogen Gas” 、ISIJInternational、pp.479-485、2007

‐400
‐600

Vcorr

‐800
窒素吸収
処理無し

0.1MPa0.4MPa0.7MPaSUS316L

窒素吸収
処理無し

0.1MPa0.4MPa0.7MPaSUS316L

(b)
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800

図7. (a)SUS430Lおよび(b)Fe-20%Cr加圧窒素焼結体における不動態域(V corr(自然電位)～V 100 (孔食電位))- 4-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

新エネルギー用マイクロ発電システムの開発－ Development of a Micro Power System for New Energy Resources －福島県ハイテクプラザ
東北大学大学院工学研究科
有限会社エイチ・エス・エレクトリック
株式会社ジーエスピー
株式会社中川水力

高橋 淳
一ノ倉 理
関本 英雄
鈴木 実
宍戸 俊一

大内 繁男
中村 健二

吉田 英一
後藤 博樹

高藤 恭胤
稲本
杉内 隆一郎

勝彦

地球環境の保護やエネルギー資源の有効利用のため、風力や小水力などの新エネルギ
ー発電への期待が高まっている。近年、ウインドファームと呼ばれる大型風車の建設が増加しているが、日本国内には広い平坦地が少なく、洋上発電の適地も少ない。一方、
農業用水路などでは、2m 以下の小落差の小水路が多く存在するが発電にはほとんど利用
されていない。本研究では、どこにでも設置できるマイクロ風車と小水路を利用するマイクロ水車を使った新エネルギー発電システムを開発することを目標としている。
Key words:マイクロ水車、マイクロ風車、スイッチトリラクタンスジェネレータ、FPGA、可変速運転、インバータ、電力変換器

１．緒言
エネルギー危機や地球温暖化防止のため、ゼロエ
ミッ ショ ン時代 の 形成とエ ネ ルギー の地産 地消に向け て、 風力や 小 水力など の 新エネ ルギー を利用する技術開発が注目されている。
本 研究 では、 小 型風力発 電 と小水 力発電 を行う
ため に、 新エネ ル ギー用マ イ クロ発 電シス テムを
開 発 する 。 マイ ク ロ 発 電シ ステ ムの 要素と して、
マイ クロ 水車、 マ イクロ風 車 、永久 磁石式 リラク
タン スジ ェネレ ー タ、多極 ス イッチ トリラ クタン
スジ ェネ レータ 、 エネルギ ー 貯蔵機 能付電 力変換装置 、フ ルディ ジ タルイン バ ータ制 御回路 などを開発する。研究期間は平成19年度から21年度までの3年間である。今年度は、発電システムの各要素についてそれぞれ基礎的な研究を行った。
以下、2.では、各分担テーマの概要と今年度の成果、3.では多極SRジェネレータの可変速運転シ
ステム、4.では電力変換器の電力変換制御用ボードについて述べる。

(a)マイクロ水車(b)マイクロ風車(株)中川水力(株)ジーエスピー

図1

マイクロ水車とマイクロ風車(a)永久磁石式SR(b)多極ジェネレータとジェネレータ

可変速運転システム東北大学

ハイテクプラザ
図2

小型発電機

２．マイクロ発電システムの開発
本研究では、家庭用の補助電源や送電線がない地域のために、電力を安定供給できるマイクロ発電システ
ムを目指している。
発電に使用するマイクロ水車とマイクロ風車は、設置が容易で安全性が高く、保守が容易な構造が求められる。試作した水車と風車を図 1 に示す。
マイクロ風車やマイクロ水車では、エネルギー源である風や水量の変化による回転数の変動が大型機に比べると大きい。マイクロ発電システムでは、エネルギ
ー源の変動が大きく、少ないエネルギー源を効率良く- 5-(a)電力変換器(b)フルディジタル制御回路(有)エイチエスエレクトリック

ハイテクプラザ

図3 エネルギー貯蔵機能付き電力変換装置

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

電気エネルギーに変換することと、安価で保守が容易な発電機が求められる。マイクロ発電システム用に試作した発電機を図 2 に示す。図 2(a)の永久磁石式 SR
ジェネレータは、発電機の制御システムが不要で構成が簡単である。図 2(b)の 16/12 SR ジェネレータは可変速運転システムを組み合わせることによって低速回
転域から高速回転域まで効率良く発電を行うことができる。図 2 に示した発電機の出力は、電圧と周波数が変動する交流または脈流である。図 3 に示す電力変換
器は、発電機の出力を一般の電気機器で使用できる
50 Hz または 60 Hz の交流 100 V に変換し、安定に電力を供給するために、バッテリーを使ったエネルギー貯蔵装置を備えている。電力変換器の制御はディジタ
ル制御回路を使用し、ネットワーク接続も可能になっている。初年度は、図 1 から図 3 の装置を開発し、基礎実験を行っている。

Core material

50H290

Stack length

50 mm

Stator pole arc βs 11.25 °Rotor pole arc βr 15 °Number of windings/pole 52 turn

図4

16/12 SRジェネレータの諸元

３．多極SRジェネレータの可変速システム
スイッチトリラクタンスジェネレータ（以下 SR ジェネレータと略記）は、構造が簡単で、堅牢、安価に
図5 16/12 SRジェネレータと実験装置製作でき、形状の自由度が高く容易に多極化ができ、回転子の慣性モーメントが小さいなどの多くの特徴を有する[1]-[4]。低速回転時にも効率良く発電できるように、多極 SR ジェネレータの回転数に応じて励磁電圧を可変して発電特性について検討した[5][6]。
図 4 に実験に使用した固定子 16 極、回転子 12 極の4 相 16/12 SR ジェネレータの諸元を示す。A 相から D
相の巻線はそれぞれ直列に接続されている。各相の励
磁幅は 7.5 deg.一定とした。図 5 に SR ジェネレータ
の実験装置を示す。SR ジェネレータを AC サーボモータで外部駆動し、トルク計で機械入力、電力計で励
図6 16/12 SRジェネレータの発電特性
磁入力と出力を測定した。負荷抵抗は 10 Ωの巻線抵抗を使用した。
励磁電圧 VDC が 150 V における SR ジェネレータの発電特性を図 6 に示す。励磁入力 Pe、機械入力 Pm、発電出力 Po とすると、効率η i は(1)式で求められる。
η i = Po / (Pe +Pm ) × 100 [%](1)
シミュレーションは 2 次元有限要素法を用い、半導体の損失、銅損と鉄損を考慮している。シミュレーシ
ョン結果を見ると回転数が 1500 rpm 以上では 80 %以上の効率となっているが、1500 rpm 以下では効率が
図7 16/12 SRジェネレータの磁束密度と効率低下し、励磁入力が増加している。
図 7 に A 相の磁束密度と効率の関係を示す。SR ジ
SR ジェネレータの回転数 ns から(2)式で励磁電圧 VDCェネレータの回転数を一定とした場合、励磁電圧が高を定めると、出力と効率を高く保ちながら発電が可能
くなると効率が徐々に低下してくる。SR ジェネレー
である。
タの回転数を ns [rps]として A 相の磁束密度が 0.8 T
SR ジェネレータの励磁相の磁束密度が飽和しないとなる励磁電圧 VDC との関係を求めると、(2)式のよ範囲に励磁電圧を設定することによって、SR
ジェネ
うになる。
レータを効率よく運転できることを示した。
VDC = 4.3 ns
(2)

- 6-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

４．電力変換器
180V

chop

DC-AC

発電機

AC100V

電圧電流センサ

DC-DC
DC-DC

電力変換
制御ボード

48V

BATT

履歴
データ

電力変換器
図8

電力変換器の構成

MMCカードＩ／Ｏコネクタ
SDRAM

FPGA
リアルタイムクロック

NiosII
SSRAM

Flash
メモリ

ネットワーク
デバイス

RS-232C

図9

図10

ネットワークコネクタ

電力変換制御ボードの構成

リアルタイムクロックによる時刻表示
Pmax:最大電力ポイント
dV dP
×
<0
dt dt

dV dP
×
>0
dt dt

電圧 V

図11

- 7-

DC-DC

電力 P

ディジタル制御による電力変換器の制御は、制御回路の小型化が可能、部品の温度変化・経年変化による性能変化が無い、調整工程の削減が可能などの他に、複雑な制御にも対応可能、制御方式の変更が容易、データ取得が容易という利点がある[7]。電力変換器をディジタル制御する制御ボードを製作し、運転状態・運
転履歴のプログラムと電力変換器の制御アルゴリズムについて検討した。
図 8 に電力変換器の構成を示す。電力変換器は、発電機からの出力を整流、DC-DC 変換器で DC 180V に変換し、DC-AC 変 換器で一般家庭で使用する AC
100V に変換する。バッテリーに充電した電力により、不足した場合の電力を補い独立運転を可能とする。発電機からの電力を効率よく利用するために、整流器の後段のチョッパで、後述する最大電力追従を行う。
制御回路は、演算素子に Altera 社製 FPGA(Field
Programmable Gate Array)の stratixII EP2S60F672C5Nを使用した。FPGA は回路構成の自由度が高く、並列処理による演算の高速化が可能である。電力変換器の電圧・電流センサからのデータは A/D 変換を行い
FPGA に取り込む。FPGA で処理したインバータの制
御信号は I/O コネクタから電力変換器の主回路へ出力する。
FPGA には、電力変換器の制御回路の他に、FPGA
内に構築可能な CPU である NiosII を組込み、組込み用 OS である TOPPERS(Toyohashi Open Platform for
Embedded Real-time Systems)を移植した。NiosII は、
電力変換器の運転状態の表示・監視、運転履歴取得に使用する。NiosII の動作プログラムは 16 MB の容量を持つ Flash メモリに格納し、汎用メモリとして 2
MB の SSRAM(Synclonous Static RAM)と 32 MB のSDRAM(Synclonous Dynamic RAM)を使用する。電力
変換 器の運 転状 態と運 転履 歴は、 ネットワークとMMC(Multi Media Card)カードに出力する。MMC カードに出力した履歴データを Windows PC で参照可能とするために、NiosII にファイルシステムを実装した。
運転履歴に必要な時間情報の取得には、リアルタイム
クロックを使用した。図 10 に、時刻と電流・電圧値
をシリアル出力した例を示す。
発電機の電力特性は、図 11 に示すような出力電圧の変化に対して凸型の特性を持つ。発電機から最も効率よく電力を取り出すためには、出力電力が最も大きくなる出力電圧で取り出す事が必要となる。最大の出力電力を取り出す手法である最大電力点追従法(MPPT:Maximum-Power-Point Tracking)を検討した。
図 12 に図 8 の電力変換器のチョッパの回路図を示す。
図 12 の回路では、U1 の MOS FET の on 時間 Ton とoff 時間 Toff の比であるデューティ比でチョッパの動

発電機の電力特性

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

作電圧が決まる。デューティ比 d は(3)式で表される。
d = Ton/(Ton + Toff)(3)
デューティ比が大きくなるほど、チョッパの動作電圧は低くなる。チョッパの動作電圧を変化させながら、より高い出力電力を得ることができる動作電圧を求めていく山登り法を用いた。チョッパの動作電圧が、最大電力ポイントの動作電圧より低いか高いかは、動作電圧の微分値 dV / dt と出力電力の微分値 dP / dt の積で判断した。チョッパの動作電圧が最大電力ポイントの動作電圧より低い領域では、チョッパの動作電圧を上げ、最大電力ポイントの動作電圧より高い領域では動作電圧を下げる制御を行った。
MATLAB と PSIM を使用して、出力電圧値が 80 Vの場合に最大電力値 800 W を出力する電源をモデルとしてシミュレーションを行った。チョッパのスイッ
チング周波数は 40 kHz、最大電力追従の演算時間の間隔は 1 ms である。シミュレーション結果を図 13 に示す。最大電力ポイントの出力電力 800 W、動作電
圧 80 V に追従している事を確認できた。

図12 昇降圧チョッパ

120

Output power P[W]

V

100

800

80

600

60
400

40

P
200

20

0

Input voltage V[V]

1000

0
0.0

0.2

５．結言

0.4

0.6

0.8

1.0

Time [sec]

本研究の初年度において、低落差で流量が少ない小水路で利用できるマイクロ水車、どこでも設置が容易なマイクロ風車、制御回路を必要としない永久磁石式
リラクタンスジェネレータ、低速回転領域から高速回転領域まで効率良く発電可能な可変速運転システムを組み合わせた多極SRジェネレータ、エネルギー貯蔵機
能付き電力変換器とインバータのフルディジタル制御回路の試作を行った。今後は、マイクロ発電システムのフィールド試験を重ね最終試作を行い実用化を目指す。

図13

最大電力追従のシミュレーション結果

関する検討 ”, 日本応用磁気学会誌, Vol. 31, No. 3, pp. 254-257,(2007).
6) 高橋, 後藤, 一ノ倉：”SR ジェネレータの多極化に関する考察 ”,

平成 19 年度電気関係学会東北支部連合大会講演論文集, p. 352,
(2007).
7)

大内, 吉田, 関本：”FPGA を使用したフルディジタル電力変換器の開発 ”, 平成 19 年度電気関係学会東北支部連合大会講演論

文集, p. 353, (2007).

参考文献
1) 菊池, 直井,渡辺, 郭, 一ノ倉：” スイッチトリラクタンスジェネレータに関する基礎的考察 ”,日本応用磁気学会誌, 27, pp.495-498,(2003).
2) D. A. Torrey：”Switched Reluctance Generators and Their
Control”, IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 49, No. 1, pp.3-14,(2002).
3) A. Takahashi, H. Goto, K. Nakamura, T. Watanabe, O.
Ichinokura：”Characteristics of 8/6 Switched Reluctance
Generator Excited by Suppression Resistor Converter”,

IEEE International Magnetic Conference(INTERMAG2006),
HU-05, 2006
4) R. Cardenas-Dobson, G. M. Asher and W. F. Ray：
”Experimental

EvaluationofaSwitched

Reluctance

Generator for Wind Energy Application”, Wind Engineering,
Vol.20, pp.115-136, (2001).
5) 高橋, 後藤, 一ノ倉：”SR ジェネレータの可変速運転時の効率に- 8-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告地域活性化共同研究開発事業

精密機器のための微細溶接技術による応用製品の開発（第１報）
Development of applied products by micro welding for precision instruments
研究開発部プロセス技術グループ 佐藤善久・小野裕道・吉田 智
いわき技術支援ｾﾝﾀｰ材料ｸﾞﾙｰﾌﾟ
安藤久人・冨田大輔
有限会社遠藤電子
遠藤八郎
大野ベロー工業株式会社
佐原代喜・荒蒔正之・蛭田 仁・平山正一
株式会社ピュアロンジャパン
高橋 誠
板厚０.５ｍｍ以下の極薄板の溶接技術とその応用製品の開発に取り組んでいる。今年度
は溶接用ＣＡＥによる解析を検証するために抵抗溶接実験を行って、溶接条件等のデータを収集した。マイクロプラズマ溶接装置の導入と直線および周溶接ができる溶接用治具を設計製作した。部品や専用のワーククランプ治具を製作し、直径４２ｍｍの６ＭＰａ用溶接ベローズを試作した。さらに、焼結体フィルタエレメントとフィルタボディの溶接実験と圧力センサ・液面検出センサを設計した。
Key words:マイクロプラズマ、溶接用ＣＡＥ、抵抗溶接、溶接ベローズ、圧力センサ、液面検出センサ

１．緒言

２．抵抗溶接実験

半導体や電子関連の精密機器における高付加価値製
試験片には、極薄板や線材等を用いた微細な溶接が品には板厚０.５ｍｍ以下の極薄金属板（以下、「極行われる電子材料を使用した。表１に実験の条件を示薄板」）による接合構造体が多く用いられている。極す。
薄板はしなやかで熱を伝えやすく、構造物の軽量化も
表１ 抵抗溶接実験できる。しかし、曲げ応力による変形量は板厚の２乗
試験材料
ＳＵＳ３０４、リン青銅、コバールに反比例するため、溶接時に発生する応力で変形して（板厚各０.１ｍｍ、０.２ｍｍ）
製品にならない。また、溶融池の幅を１ｍｍ以下にす
電極材料
Ｍｏ、Ｂｅ－Ｃｕ
る必要があるので、パワー密度が高いレーザ等の熱源
試験加重(Kg)
９.５を必要とするため、ＴＩＧ等の一般的な方法では溶接
測定項目
電流（最大値、実効値、波形）できない。更に、汎用機の金型のクリアランスは約０.
電圧（最大値、実効値）、 通電時間
１ｍｍを最小としているため、標準的なプレス加工では十分な品質の開先が得られない。極薄板の溶接は全抵抗溶接では電流値・通電時間・加圧力が重要なパ国的にも限られた企業のみが可能な極めて難易度の高ラメータといわれている。通常、電流値は最大値や実い技術であり、県内企業からの要望も多い。そこで本効値（演算値）で管理されている。電源の方式等によ研究は、極薄板の溶接技術とそれを応用した競争力がっても差があるが、一般的に通電時間中の電流値は変ある製品の開発を目的としている。
動していることが多い
溶接には部品の確実な固定と、適当な熱源を用いたと考えられる。実際に溶接線の正確なトレースが必要である。固定には治具出力された電流波形をの活用や部分的に溶接を行う仮付けが行われる。特に溶接用ＣＡＥに入力す
極薄板の仮付けには加工部に痕を残さずに点状の接合ることによって、接合ができる抵抗溶接法が有効であるが、適正な条件を得状態を予測する精度のるための試作回数の低減による効率化が望まれている。 向上が期待できると考そこで、溶接用ＣＡＥによる解析結果の妥当性を検証えた。そこで今回は、
図１ 抵抗溶接の電流波形
して、溶接条件から接合状態を予測する技術を確立す
電流の出力波形を記録るために抵抗溶接実験を行った。
しながら実験を行っ
極薄板を溶接するためには特にレーザが適している
た。実験で得られた電が、導入と運用のコストを低減するため、熱源にはマ流波形の例を図１に示
イクロプラズマ溶接装置を用いた。また、溶接するたす。また、図２に溶接めの基本的な動作である回転と直線の運動をする治具部の断面観察例を示
を設計・製作した。
す。
さらに、極薄板の溶接技術の有効性を検証するため
本来であれば、溶接に、溶接ベローズと圧力センサおよび液面検出センサ
用ＣＡＥを用いてナゲの試作とその実用化に取り組んだ。
ットの径や溶接変形を
図２ 溶接部のマクロ観察
予測し、今回の実験で- 9-

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告得られた断面観察の結果と比較する予定であったが、都合により今年度は実施できなかったので、実験の結果とＣＡＥの予測との比較検証は２０年度に行うことにした。

３．実験装置３．１． マイクロプラズマ溶接装置
溶接用の熱源には小池酸素工業(株)製のマイクロプ
ラズマ溶接装置ＰＷ－５０ＮＲを用いた。表２に主な仕様を示す。
表２ マイクロプラズマ溶接装置の主な仕様

定格出力電流 (Ａ)
定格使用率
(%)
パルス周波数 (Ｈｚ)
パルス幅調整 (%)
プラズマガス
シールドガス
ノズル径(ｍｍ)
トーチ冷却方式
電源部寸法(ｍｍ)
電源部重量 （Ｋｇ)

０.０８～５０
１００
０～９,９００
１０～９０
Ar
Ar/H2 混合ガス
０.６～１.８
水冷閉回路循環

溶接時にはセラミックノズルとメタルノズルに、それぞれプラズマガスとシールドガスを流しながら用いる。電極から発生したアークは図４に示すようにメタ
ルノズルによって緊縮したものとなり、さらにパルス出力にすることで硬直する。設定できる溶接電流の範
囲はノズル径によって決まっている。また、アーク柱
は溶接電流５ A、アーク長１.５ｍｍのとき、２７°の広がり角があることがわかった。当初はメタルノズ
ルと電極の中心がずれやすい構造となっていたので、アークがメタルノズルの中心軸に対して傾いて発生することがあった。そこで、電極の位置を矯正するための治具を製作し、図５に示すようにアークの傾きを解消した。

(Ｗ)３６０ (Ｈ)７５０ (Ｄ)６５０

９５

マイクロプラズマ溶接装置の溶接トーチは図３に示すように、２重ノズル構造となっている。

図５ 矯正後のアーク(アーク長：１.５ mm)

３．２． 溶接用治具
高品位な溶接を行うためには、溶接用の治具に次のような性能が必要である。
１）試験片の固定や溶接変形の防止
２）アーク長や溶接速度を一定に保つ
３）安定したグランドやバックシールド機能を有する
本研究では、試作品や今後の応用を検討して周溶接用２種類、直線溶接用１種類の溶接用治具を製作した。
図６に示す周溶接用の治具は、市販の小型汎用旋盤
図３ プラズマ溶接トーチ

図６ 周溶接用治具Ⅰ

図４ マイクロプラズマアーク- 10 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

をベースにしたものである。溶接速度を正確にするた
４．溶接ベローズの試作
め、減速ギヤを介してサーボモータで主軸を駆動して今回の目標は、高温高圧用に用いるため Ni 系合金いる。制御用の回路に溶接装置からのノイズが侵入しであるオーステナイト系ステンレス鋼の極薄金属板をないように、サーボモータと治具はほとんど絶縁して用いた直径４２ｍｍの６ＭＰａ用溶接ベローズとした。
いる。減速比の設定により、主軸の回転速度は１～３
溶接ベローズは、２種類のドーナツ型のプレートの内００ｒｐｍを任意に設定できる。スリップリングを装
周と外周を溶接して製作する。プレス成形性及びその備しているので、動作中でも主軸から直接に安定した
後の溶接作業性を考慮して数種類の部品形状を計画しグランドが取れる。また、ロータリージョイントからた。ＣＡＥを用いて、事前に加圧や伸びに伴う応力の主軸の貫通孔にバックシールド用のガスも導入できる。 分布を解析し、部品形状の最適化を試みた。その結果、
図７に示す周溶接用の治具は、ステッピングモータ
図９ に示すように溶接部の周辺以外では著しい応力で駆動する２台の回転テーブルを向かい合わせて設置したものである。動作開始・終了と回転速度を同期または個別に設定できるので、剛性が低くて変形し、押しつけることができない部品同士をずれることなく溶接できる。

図９ 応力の解析事例

図１０ 溶接ベローズの部品（6MPaの加圧）の集中等の問題がない形状が得られた。応力の集中は溶接部の近傍が最大であることや特に溶接部の内側に形成された曲率が応力の発生に大きな影響を与えると考えられることもわかった。
図１０に示す２種類のプレートを製作し、はじめに
マイクロプラズマ溶接装置で内周のみを溶接した部品を製作した。次にその部品の外周を同様に溶接することで溶接ベローズを試作した。

図７ 周溶接用治具Ⅱ

図８に示す直線溶接用の治具は、部品を拘束しながら、サーボモータとボールネジでリニアスライド上を移動させる機構を有する。周溶接用治具と同様に、サーボモータと治具は絶縁している。また、グランド用の配線とシールドガスを導入するための配管を有する。

図１１ 溶接用治具(左：内周用 右：外周用)

図８ 直線周溶接用治具

溶接に用いる治具は、改造せずに用いることができる市販品が見あたらなかったため、図１１に示すように内周溶接と外周溶接ともに専用のワーククランプ治具を製作し、それぞれ本研究で製作した回転型と対向型の溶接治具に装着して用いた。ワーククランプ治具
は、熱伝導度の大きい銅系材料を用い、溶接熱によるワークの熱歪を抑えるように工夫した。
以上により、試作した溶接ベローズの外観を図１２に示す。試作した溶接ベローズは、各種の評価（硬さ試験・バネ定数の測定・気密性の確認・寿命試験）を行い、当初目的とした性能を満足することを確認した。

- 11 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

は図１５に示すように、直径１０ｍｍのボディと板厚０.１ｍｍのダイヤフラムで行うことにした。

図１５ 圧力センサ部品

図１６ 液面検出部品ｾﾝｻ部

半導体製造関連設備の純水や薬液の正確な液面管理に用いられる液面検出センサは、性能と機械的な強度を得るために、板厚０.３ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌを用いた構造とすることにした。図１６に試作した部品を示す。

図１２ 試作した溶接ベローズ

５．センサの試作

本研究で取り組んでいる微細溶接技術の有効性を検証するため、センサの試作に先立ちＳＵＳ３１６Ｌの６．結言
焼結体であるフィルターエレメントと切削品であるフィルターボディの溶接実験を行った。フィルターエレ
１９年度の取り組みをまとめると次のようになる。
メントは焼結体であり、溶接ビードの幅や入熱、溶接
１）溶接用ＣＡＥによる解析を検証するために抵抗溶
線の正確なトレース等が難しく、従来は生産工数の削接実験を行って、溶接条件等のデータを収集した。
減ができなかった。そこで、本研究で導入したマイク
２）マイクロプラズマ溶接装置の導入と直線および周ロプラズマアーク溶接装置と、回転型の治具を用いて溶接ができる溶接用治具を設計・製作した。
溶接したところ、図１３に示すようにビード幅３ｍｍ、 ３）部品や専用のワーククランプ治具を製作し、６Ｍ
とけ込み深さ０.５ｍｍの良好な溶接部が形成され、Ｐａ用の溶接ベローズを試作した。
３０個の試作に対して性能上の問題はみられなかった。 ４）焼結体フィルタエレメントとフィルタボディの溶
また、５０%以上の大幅な工数削減が期待できること
接実験と圧力センサ、液面検出センサの設計を行った。
もわかった。
引き続き２０年度もＳＵＳ３１６Ｌ(ｔ=０.１ｍｍ)の溶接実験や抵抗溶接実験と溶接用ＣＡＥによる解析
結果を比較検証して、溶接条件から接合状態を予測する技術を確立する。また、１４.７ＭＰａ用の溶接ベ
ローズ・圧力センサ液面検出センサを試作して実用化を目指す。

図１３ フィルタ部品の溶接※この研究は、電源立地地域対策交付金により実施した事業です。

図１４ 圧力センサの試作

センサ内外の圧力差によって生じるダイヤフラムの撓みを圧力差として検出する圧力センサは、円筒状のボディの端面にＳＵＳ３１６Ｌの極薄板を溶接する。
最初の試作は、直径２０ｍｍのボディと板厚０.３ｍｍの極薄板の組み合わせで行った。図１４に最初の試作品を示す。最初の試作によって、ダイヤフラムが溶接できることが確認できたが、これまで、板厚０.１ｍｍのダイヤフラムでは実用化されていないので、より高感度なセンサの開発のため、２０年度に行う試作- 12 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

組込み応用製品の高機能化・高信頼性化に関する研究
Research on High Performance and High Reliability of the Embedded Computer Application Products
研究開発部 システム技術グループ 尾形直秀 高樋昌（株）アイ・イーエス 佐藤正一 土屋明
田中精機（株） 須藤勝広 藤原広征（株）マクロウェア 寺脇勝彦 千代一臣（有）フロンティア・オンライン 酒井克弘 渡辺俊枝

平山和弘

松村豊

浜尾和秀

武藤洋介

本研究は県内の企業が組込み応用製品の開発に自由に利用できるハードウェア、ソフト
ウェアの開発、開発環境の構築を行い、これらの成果を用いることで既存製品への新たな機能の付加、組込み分野への新規参入の支援を行うことを目的とする。本年度は、この開発プラットホームの基本となる MPU ボード、FPGA ボードの開発を行い、カーネルや通信スタックなどの基本ソフトウェア開発を進めた。
Key words : 組込み、プラットホーム、iTRON、TOPPERS プロジェクト

1. 緒言

平成１９年度
基本ハードウェア開発

県内の中小企業では組込み製品の開発について次のような問題を抱えている。
z ハードウェア関連¾ 組込み製品は製品毎に異なるハードウェアが必要であり、品種が多くなると保守用として確保しなければならないハードウェアも多くなり、負担が大きくなる。
¾ 使用していたハードウェアが製造中止になった
場合、新しいハードウェアへの移行するため新たな開発技術が必要となる。
z 開発環境関連¾ ソフトウェアはほとんど自社開発であるため、ネットワーク通信のような複雑な機能の追加は困難である。
¾ 新たに組込み応用製品開発に取り組みたいが、
ハードウェア技術の修得や組込み独特の開発環
境、プログラミング手法のため敷居が高い。
また、組込み開発産業の状況として組込み開発者の不足が続いており、経済産業省の 2007 年版組込みソフ
トウェア産業実態調査 1)によると、開発者数が約 23 万
5 千人のところ、不足する開発者が 9 万 9 千人という報告がある。この状況はいずれ県内にも波及することが考えられる。
本研究は、これらの問題点やニーズを踏まえ、組込み応用製品の開発に必要な要素であるハードウェア、
ソフトウェア、開発環境からなるプラットホームの開発を行い、この成果をもって組込み応用製品の開発支援を行うことを目的とする。
今年度は、ハードウェアのベースとなる MPU（Micro
Processing Unit）ボードと FPGA(Field Programmable
Gateway Array)ボードの開発を行い、それらの基本ソフ

MPU
ボード

基本ソフトウェア開発
リアルタイム
カーネル

FPGA
ボード

ネットワーク
通信

FPGA用
汎用I/O

平成２０年度
機能別ハードウェア開発

RISC型MPU
ボード

モータ
ドライバ
ボード

画像処理
LCD表示
ボード

基本ソフトウェア開発

無線通信
ボード

リアルタイムカーネル

ネットワーク
通信

モータ
ドライバ
FPGA用実装

各種入出力
ドライバ

平成２１年度
製品化実証開発

業務用
プリンタ

自動
巻線機

携帯型
画像端末

信頼性に関する検討
無線式
情報収集
システム

図1

開発環境

フォールト
トレラント

機能安全

研究計画概要トウェアの開発を行ったので報告する。

2. 研究計画概要
本研究は、研究期間を 3 年間として計画している。
各年度の主な研究内容を図 1 に示す。
研究分担はハードウェアに関してはハイテクプラザ
が基本設計、共同研究機関が実装開発を行う。ソフト
ウェアに関してはカーネル、通信スタックなどの基本
ソフトウェア開発、信頼性の検討に関してはハイテクプラザが分担し、アプリケーション開発や製品ノウハ
ウにかかわる非公開部分については共同研究企業で行うようにした。
初年度は、ハードウェア、ソフトウェア、開発環境の相互関連を考慮してプラットホームの基本仕様の策定を行い、これに基づいて、ハードウェアの基本部分となる MPU ボードと FPGA ボードの開発、これらのハードウェア上で動作する基本ソフトウェアであるリ
アルタイムカーネルやネットワーク通信スタック、さらに FPGA 用のリソース開発を行った。

- 13 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

2 年目は、MPU ボード、FPGA ボードと組み合わせて使用するハードウェアの開発を行うが、各共同
研究企業はそれぞれの製品に強く関連する機能のハードウェア開発を担当し、必要に応じて相互のハードウェアを利用する。ソフトウェアはこれらのハー
ドウェアのための基本ソフトウェアとしてカーネル、
通信スタックに加えデバイスドライバの開発を行う。
3 年目にはこれらの成果を応用して、各共同研究
企業では、それぞれの製品化開発を行う。ハイテク
プラザでは主に信頼性に関する開発環境等の検討をおこない、製品化実証開発への応用を図る。

CANバス

MPU
ボード

MPU
ボード

MPU
ボード

PC/104バス

PC/104バス

FPGA
ボード

FPGA
ボード
(Nios搭載)

図2

FPGA
ボード
(Nios搭載)

RISC型MPU
ボードフィールドバスと PC/104 バス

3. プラットホームの基本仕様
実際の開発に先立ってプラットホームの基本仕様の し、接続数と同じ数の配線が必要となりケーブル敷設も困難となる問題点があった。そこで、本プラットホ策定を行った。
4)
まず、ソフトウェア開発環境としてリアルタイムマ ームでは CPU 間の通信はフィールドバスとして CAN
ルチタスクカーネルの検討を行った結果、以下の理由 通信を取り入れて 30 台程度の接続にも容易に対応できるようにした。
から TOPPERS カーネル 2)を利用することにした。
CAN 通信は元々、車載用コンピュータ向きに開発さz
iTRON 仕様カーネルであること。
れたものであるが、広く計測・制御用にも利用され、日本国内では最も多く使われている仕様であり事実コントローラが内蔵されている MPU もいくつかあり
上のデファクトスタンダードである。
低コストの実装が可能である。パケットの衝突時の処z
オープンソースであること。
本研究ではハードウェア、ソフトウェアの相互利用 理が ethernet のような再送ではなく、優先順位によるがあるため、改変や配布に制限のあるライセンス形態 勝ち抜けのため、高いリアルタイム性を有するなど計
測・制御向きの特徴がある。
では障害がある。
CAN と PC/104 の使い分けは図 2 のようになる。MPUz
ネットワーク通信スタックがあること。
ニーズとして挙がっている機能であるが、TOPPERS と I/O 間は PC/104 バスを、MPU と MPU 間には CAN
プロジェクト内の TINET がカーネル同様にオープン を使用することとした。FPGA に MPU コアを搭載することを想定したボードは MPU ボードと同様に CAN 通
ソースで公開されている。
信を可能とするようにした。
z 県内企業で利用の多い MPU に対応していること。
CAN の上位プロトコルには自律分散プロトコル 5)
ルネサス社の H8 シリーズ、SH1、SH2 シリーズなを基にしたプロトコルを開発し実装することにした。
どの 16 ビット MPU から選択する。
外部とのネットワーク通信は ethernet デバイスを搭
TOPPERS カーネルは新世代である TOPPERS/ASP の一般公開が平成 20 年 5 月であるため、平成 19 年度に 載し、TCP/IP を用いて行うことにした。TCP/IP スタッ
ついては、旧来の TOPPERS/JSP を使用し、平成 20 年 クには TOOPERS カーネルの使用を前提として TINETを利用することとした。
度から TOPPERS/ASP へ移行していくことにした。
FPGA ボードでは CAN 通信と同様に NiosⅡの搭載
次にハードウェアの構成について通信方式について
し MPU の機能を持ち得る構成のものは ethernet デバイ検討を行った。
MPU ボードと入出力ボード間のシステムバスは スを搭載することとした。
PC/1043) とピン配置互換とした。搭載を考えているク 4. ハードウェア基本設計
ラスの MPU のバス速度 20MHz、バス幅 16 ビットで、
プラットホームの基本仕様を踏まえて MPU ボード、
なるべく低コストに実現出来るものとして選択した。
FPGA
ボードの基本設計を行った。
ただし、MPU や FPGA の信号線が 3.3V のものが多く
MPU ボードの基本仕様は以下のとおりとした。図なってきているため、今後のメモリや周辺 IC の入手の3 に完成した MPU ボードを示す。
しやすさを考えて信号レベルは 3.3V とした。
MPU
システムが複数の MPU ボードで構成される場合の z
共同研究企業が共通に使用実績のあるルネサス社の
MPU 間の通信には RS232C などのシリアル通信が用い
H8シリーズから選択することにした。シリアルポート
られる事が多い。しかし、RS232C は多くの MPU に内蔵され、手軽に扱うことが出来る反面、１対１通信で 5 ポート以上という要望と、CAN ドライバ内蔵、flash
あるために、接続機器が多くなると通信ポートが不足 ROM 内蔵 412 k バイト、RAM 空間 2 M バイト以上、- 14 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

現行の TOPPERS/JSP カーネルが稼働する MPU と機械語レベルで互換性を持つという要件から
H8S/2556 を使用することにした。
z
RAMバッテリーバックアップが可能なスタティック
RAM を使用することにした。リアルタイムカーネ
ルや TINET を利用したうえで余裕を見込んで 2M バ
イトの容量とした。
zethernet コントローラ
MAC アドレスは MAC アドレス書き込み済みのシ
リアル ROM を購入して利用することとしたため、書き込まれたデータのフォーマットが対応している
Realtek 社の RTL8019AS を採用することにした。この LSI は TINET でもサポート済みのもので、移植も容易であることが期待できる。ただし、この LSI の
み 5 V 信号となるためレベルコンバータを通してバス接続した。
z
CAN コントローラ
コントローラは内蔵のものを利用し、トランシー
バは MAXIM 社製の MAX3059 を利用した。
z
ROM イミュレータソケット
デバッグ作業の効率化のため ROM イミュレータ
用のソケット設置の要望があったため、PC/104 バス
を介したドータカードとして同時に開発することにした。
FPGA ボードの基本設計は以下のとおりとした。
FPGA に MPU コアの搭載を可能にするように
flash ROM、SDRAM を実装することにした。また、基本仕様に従い、ethernet デバイス、CAN デバイスも実装することにした。搭載デバイスは以下の様に選定した。完成した FPGA ボードを図 4 に示す。
z
FPGA
研究等での使用実績からアルテラ社の FPGA を使用することにした。高速処理に関する要望はなかったた
め廉価な Cyclone シリーズのデバイスから選択することにした。ゲート容量に関しては NiosⅡの利用や、画像処理への応用の要望があったため、余裕を持たせるため CycloneIII EP3C40 を使用することにした。クロッ
クは 50 MHz とした。
zROM
NiosⅡのプログラム格納や汎用のデータ領域として多用途に利用できるように 16 M バイトの Flash ROMを搭載した。
zRAM
画像処理用途に使用できるように 32 M バイトのSDRAM を搭載することにした。
zethernet コントローラ
MPU ボードと同様に Realtek 社の RTL8019AS を用いることにした。
z
CAN コントローラ

図3

H8 MPU ボード

図4

FPGA ボード

専用の LSI を搭載することし、Philips 社の SJA100Tを搭載した。トランシーバは MAXIM 社の MAX3059を使用した。

5. 基本ソフトウェアの開発
基本ソフトウェアとしてリアルタイムマルチタスク
カーネル、ネットワーク通信、FPGA 用汎用 I/O の開発を行った。
リアルタイムマルチタスクカーネルとして
TOPPERS カーネルの移植開発を行った。次世代のTOPPERS カーネルである TOPPERS/ASP は、まだ一般公開されていないため、今年度は TOPPERS/JSP の移植開発を行い、TOPPERS/ASP の公開が予定されている平成 20 年度以降に TOPPERS/ASP へと移行することにした。今年度は以下のプラットホームへの移植開発を行った。
z
MPU ボード
H8S 用 の 機 種 依 存 部 を 利 用 し て GDB ス タ ブ 、TOPPERS/JSP 1.4.3、TINET 1.3 の移植を行い、TINETのサンプルについて動作を確認した。

- 15 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

z

FPGA ボード
FPGA ボード開発と並行してアルテラ社から販売されている CycloneⅢスターターキットへ TOPPERS/JSPの移植開発を行い、FPGA ボードが完成しだい、その成果を移植することにした。カーネルは TOPPERS/JSP
1.4.3 の CycloneⅡ、StratixⅡ用の実装を基に移植開発を行った。その結果、カーネル上でアプリケーションの動作を確認できたが、SDRAM インタフェース IP が評価版のため時間制限を持つという問題があった。この問題に関しては SDRAM インタフェースの独自実装など追って対処することとした。
ネットワーク通信は TINET の移植開発とフィール
ドバス通信として自律分散プロトコルとその下位プロ
トコルとなる CAN デバイスドライバの開発を進めた。
自律分散プロトコルは、参考文献 5 の規格を基にプロトコル設計を行い、UNIX 環境の UDP プロトコル上での試験環境の整備を行った。
CAN ドライバは H8S シリーズの内臓コントローラ
をターゲットとした機種依存部の開発とユーザ API の開発を行った。
FPGA ボード用に新たに I/O を開発する際にスケルトンとして利用できるように以下の汎用の I/O を開発した。
z
PC/104 インタフェースz
パラレル I/Oz
カウンタ/タイマ
確認のため PWM 制御を行うサンプルプログラムを作成し LED の照度制御を行った。

6. 結言
研究の初年度として、ハードウェアプラットホームの基盤となる MPU ボード、FPGA ボードの開発を行い、それらで動作する基本ソフトウェアの開発を行った。
これを受けて次年度の基本ソフトウェアのTOPPERS/ASP への移行、およびミドルウェア開発を進めていく予定である。
参考文献
1) 2007 年版組込みソフトウェア産業実態調査 報告書,経済産業省,独立行政法人情報処理推進機
構,2007/6
2) TOPPERS プロジェクト,http://www.toppers.jp
3) PC/104Specificartion Version 2.5, PC/104 Embedded
Consortium, http://www.pc104.org, 2003/10
4) CAN Specification Version 2.0,Robert Bosch GmbH,
http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/can2spec.pdf,
19915) 自律分散プロトコル仕様書 R3.0 (ADS-net),ＦＡオー
プン推進協議会,(財)製造科学技術センター,1999/9- 16 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告小径パイプ内面の高度研磨技術の開発（Ⅰ）
Development of Polishing Methods for Small Diameter Pipes' Inner Surface (I)いわき技術支援センター材料グループ 安藤久人，冨田大輔（株）神崎製作所 神崎二郎，草野光一（株）光陽社 安部賢一，綱島和郎，生田桂
現在手作業で行われている、プラスチック成型金型用部品の小径内面研磨について、その作業者による手研磨を応用した、研磨工具と自動装置を作成し、品質の安定化と作業時間の短縮について検討を行った。その結果、自動研磨機により目標である 0.3 μ mRa 以下の表面粗さで仕上げることができた。作業時間も短縮できたものの、安定的に製品を研磨するためには、工具の接触状況や研磨砥粒など、更なる検証が必要であることがわかった。
Key words:プラスチック成形金型、小径深穴内面研磨

１．緒言
携帯電話などの筐体を製作するプラスチック成形金型がある。この金型の重要な部品の一つとして、樹脂の流路となるスプルーブシュがある。この部品は、小径深穴構造をしており、内径が入口部で約φ 1.5 ～3mm、出口部で約φ 4 ～ 6mm である。また、ピン長が標準品で 100mm と長い。この部品は最終仕上げ工程として、内径研磨を行う必要があるが、作業者は、形状に合わせて加工した心棒に市販の研磨紙を巻き付け、手作業を行っている。1 本の研磨にかかる時間は100mm の製品で 5 分。海外の廉価な製品との競争が激しいが、携帯電話等のデザイン変更による試作品製作など、短納期需要に対応することで受注を得ている。
今後、更なる時間短縮と表面品質の向上が求められている。
本研究では、（株）神崎製作所で行われている手作業を評価し、その結果を元に（株）光陽社で研磨工具の試作を、いわき技術支援センターで自動研磨機を製作
して実験を行うことで、研磨工程の自動化による表面品質の向上と作業時間の短縮を検討した。

２．実験
２．１． 方法（１）熟練工による手研磨
現場では作業者の熟練を頼りに生産を行っている。
自動研磨機を製作するにあたり、現在熟練工が行っている、最適条件を元に加工条件と加工品質の詳細な検証を行う必要があると考えた。そこで、現場で使用している研磨紙番手と作業時間を変化させた場
合の、同一作業者での仕上げ面粗さを評価した。研
磨条件は、研磨紙番手（#150、#320、#600、#800）の各々について研磨時間 0.5、1.0、1.5min で手研磨を行った。ここで、研磨紙の番手は数字が小さいほど砥
粒の粒径が粗く、研磨性は高く傷が残るため、粗研磨などの前処理に用いられる。一方、数字が大きいほど粒径は細かく、研磨性は落ちるが、仕上げに用いられる。研磨前の表面粗さは、その前工程である
電着工具での磨き面であり、粗さにして約 1 μ mRa
である。研磨実験は、（株）神崎製作所、評価はいわき技術支援センターで行った。
（２）自動研磨
研磨を自動化するにあたり、研磨手法を決定する必要があった。まず、遊離砥粒で検討を行った。円
筒形状の試験サンプル（内径φ 12mm）にコンパウ
ンド剤（粗目#120）を充填し、φ 10mm の円筒丸棒を挿入して回転（1,500rpm）させた。試験サンプル
は低速で回転（16rpm）させた。サンプルと丸棒の材質はいずれも炭素鋼（S45C）。コンパウンド剤は 2分ごとに供給し、研磨時間を 10 分および 30 分とした。その結果、遊離砥粒の場合、研磨前粗さ 2 μ mRa
に対し、10 分後、30 分後いずれの結果でも表面粗さが 2 μ mRa 程度と変化が無かった。また、遊離砥粒で研磨を行った場合、穴内面の洗浄工程が加わり、作業時間が増えてしまう。そこで、現場の手作業で使用している研磨棒を応用した、乾式の固定研磨剤
による研磨工具を用いることとした（図 1 参照）。
また、これにより乾式工具による研磨手法に対応した自動機を設計、製作した。

- 17 -

図１

乾式研磨工具平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

設計に際し、以下の点を考慮した。
(a) 研磨屑などの残留を少なくするために、縦型とする。
(b) 作業の効率を考え、卓上型で扱いやすいものにする。
(c) 電源電圧を交流 100V にする。
(d) ワークが小径のため、工具半径が小さく研磨時の周速が小さいため、工具、もしくはサンプルの回転速度を高速回転（10,000rpm 以上）にする。
(e) 工具と研磨面との接触を評価するため研磨時の荷重をロードセル等で検出できるようにする。
(f) 特殊形状を研磨するための機構を付与する。
(g) 工具の送り速度を可変にし、往復運動させる。
(h) 工具移動時、穴の半径方向と軸方向の 2 軸が連動して動く機構を付与する。
以上から仕様を決定し、以下、表 1、図 2 に示すような自動研磨装置を設計製作した。
同様の研究では、庄司らが歯車金型研磨の自動機を開発している（1）。これは縦型形状で、工具が楕円軌道を描くことにより、歯車の内面を研磨する装置である。縦型の機構を参考にしたが、工具の送りや運動は独自の機構を採用した。仕上げ面の目標は、製品の品質基準である表面粗さ 0.3 μ mRa 以下を達成することとした。

図２

自動研磨装置概要図

２．２．結果と考察（１）熟練工による手研磨
実験結果を図 3 に示す。測定は、輪郭形状測定機（サーフコム 2000-DX、（株）東京精密社製）を使用した。評価項目は、粗さのパラメータである Ra[μ m]、Ry[μ m]（1994 年 JIS）である。測定は 4回行い、その平均値を粗さの結果とした。

表１ 自動研磨装置スペック
項目
全長

スペック
幅500×奥行き500×高さ800mm

動力
リニアスライドアクチュエーター
（位置決め） （リード長6mm、分解能0.01mm、
0.6°/1puls）
動力（研磨）

試料回転：ブラシレスDCモーター(最大4,000rpm無負荷時)
工具回転：DCモーター(最大35,000rpm無負荷時)

システム

インターフェース：PCIボード
ソフト：Visual Studio 2005
OS:Windows XP

電源
押し付け力
検出

Ra[μm]

AC100V
ロードセルによる接触式

Ry[μm]
図３ 手作業による研磨結果（研磨番手、時間の影響）- 18 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

（２）自動研磨
自動研磨機による実験条件を表 2 に、結果を表 3 に示す。試料寸法は長さ 90mm、内穴直径 3.0mm（入口部）、内穴直径 6.4mm（出口部）である。工具回転速度と研磨時間短縮の関係、研磨工具の添加剤の有無と仕上げ面の関係を検証するため、上記の条件で試験を行った。
このとき、試験サンプルは湿式高速カッターで軸方向に切断し、内面の表面粗さを測定した。輪郭形状測定機（サーフコム 2000-DX、（株）東京精密社製）を使用した。測定は 1994 年 JIS に従った。なお、このとき、試料の入口部、中央部、出口部の三か所で表面粗さを計測し比較を行った。
図４

同一サンプル内での仕上げ面のばらつき
表２ 実験条件（自動研磨）

0.3 μ mRa 以下が製品の品質基準であるが、#600、
1 分での加工条件以外は、Ra の指標を満足していた
ものの、Ry では最大で 2.58 μ m（番手：#600、研磨時間：1 分）、最少で 0.89 μ m（番手：#800、研磨時間：1.5 分）と大きく差が生じた。当初は、番手が大きくかつ研磨時間が長ければ、表面粗さも小さくなると仮定した。しかし、測定結果は、異なるものであった。結果的には番手#800、研磨時間 1.5
分が最も良い結果であったが、番手#600 などのサンプルは測定箇所による研磨仕上げ面のばらつきが大きく、予測とは異なるものであった。図 4 に示す
ように、番手#600 の場合には、Ry で 0.56 μ m と良好な研磨面が得られた一方、2 μ m 以上と大きな深い傷が残されている部位もあり、ばらつきが大きかった。
以上の結果より、番手を上げるにつれて、表面粗さは改善する傾向にあるがばらつきが大きい。深いV 状の傷は#150 程度の研磨により取り除かれるも、それ以上は傷が残ったままとなり、粗さの値に影響する。また、傷は主に円周方向に存在し、プラスチ
ック金型成型時の妨げになる可能性がある。研磨時
における工具先端部の接触や前処理の問題などが考えられる。以上を踏まえ、手作業による現場の研磨工程を評価し、以下の知見と仮定を得た。
(a) 手作業研磨では、同一サンプルでも品質にばらつきが生じやすい。
(b) 研磨前工程での仕上げ面の影響が研磨品質（特に大きな傷など）に大きく影響している。
(c) 作業時に工具と研磨面に生じる押し付け力の不安定さが、仕上げ面のばらつきに影響をあたえたのではないかとの仮定。
以上をふまえ、自動研磨装置を製作し、検証を行
った。

実験条件

研磨工具

工具１

工具３

砥粒

アルミナ（A-400）

接着剤

酢酸ビニル

添加剤

加工条件

工具２

なし

ﾎﾟﾘﾋﾞﾆﾙｱ
ﾙｺｰﾙ
あり

試料回転速度1,500rpm

工具送り速度

2.0mm/s

工具回転速度 5,000rpm(無負荷時)
往復回数

20,000rpm

3回

1回

表３ 実験結果（自動研磨）
表面粗さ結果Ra[μm]

工具１

工具２

工具３

入口側

0.150

0.253

1.777

中央部

0.074

0.231

0.227

出口側

0.106

0.273

0.236

加工時間

4.5min1.5min工具 1、工具 2 では、管内の 3 カ所いずれも 0.3 μmRa 以下を達成した。しかし、部位によって、その仕上げ面に差が生じた。中央部の仕上げが良い一方で、穴の出入り口である端部の仕上面粗さが大きい傾向を示した。試作した研磨工具と試作機により、手作業で見られた深い傷は改善することが確認できた。また、アルミナに添加剤を加えた結果（工具 2，3）は、ア
ルミナのみを付着させた研磨工具（工具 1）よりも、表面の仕上げ状態が悪い結果となった。しかし、工- 19 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告具 1 では、研磨時間が 4.5 分と現状の手作業（5 分）とほぼ同等の作業時間であった。
工具 2 と工具 3 は、特殊な添加剤を混入した研磨
工具での場合であり、工具の回転速度を約20,000rpm（無負荷時）に上げ、往復回数を 1 回としたときの結果である。研磨工具の回転速度を上げ、加工時間は 1.5 分と短縮できた。しかし、工具 3 の入口側では、大幅に研磨面の仕上げ状態の悪い箇所が存在していた。
また、図 5 に示すように、研磨後それぞれの工具の先端を観察したところ、乾式工具のため、摩耗が生じている。特に工具 3 の場合、添加剤を起点として生じたと思われる砥粒の脱落が確認された。また、その先端ではなく、根本側にもあたりがあり、そのため研磨効率が低下した可能性も考えられる。研磨
工具やワークの回転速度、送り速度に加え、研磨工具の接触や往復回数など、今後詳細な検討が必要である。
また、押し付け力の検出に関して、研磨工具側に設置したロードセルで検出した荷重から、工具が接触する部位によって荷重に変動が見られることが確認できた。これは、工具先端と管の口径とが近接するために、工具と管との隙間に余裕がなくなるなどの要因が挙げられる。しかし、工具側に検出器を取り付けたため、工具の曲がりや保持部のあそび等が存在し、荷重検出にはまだ課題を残している。

工具１
砥粒（アルミナA-400）、添加剤なし

３．結言
小径パイプ研磨のための基礎的な研究を行い、自動研磨機と工具開発のための指標とした。また、開発した試作品の評価も行った。今回、解ったことは作業者の熟練度などに多く負っていた手作業について、表面粗さ計測により、研磨面のばらつきの状況や深い V 状の傷を除去する必要性について認識することができた。
自動研磨による試験では、アルミナの研磨砥粒を用い目標である表面粗さ 0.3 μ mRa 以下を達成することができた。また、研磨時間の短縮については、仕上げ
面のばらつきを改善していく必要がある。このとき、仮定した研磨時の荷重変動が及ぼす表面仕上げとの関係について、研磨工具側にロードセルを設置し加工中の荷重計測を試みた。工具を送るにつれて、押し付け荷重が増加する傾向を確認することができたものの、その検出方法や実測値の妥当性などの課題を残している。仕上げ面の安定化要素は接触状況や研磨砥粒など他の要因も考えられ、今後は、手作業・自動研磨両方の押し付け力を計測し、一定の力で研磨した場合に作業者間でばらつきが発生するのか、また、工具とサンプルの接触の違いでばらつきが抑制されるのかなど、要素を絞って検証していく必要がある。
また、研削加工では、押し付け力ではなく砥粒の粒径や材質などが仕上げ面に大きく影響する。工具の砥
粒や形状の変更で大きく仕上げ面品質が改善し安定する可能性もある。
今後の課題として、品質安定化のための要素を絞った仮定の検証（押し付け力や工具接触と仕上げ面の影響）と、併せて、研磨工具の砥粒や形状、添加剤の有無、摩耗や生産コストの検討が挙げられる。今後は、これら課題の解決に取り組み、最終目標である短時間での小径深穴金型の表面仕上げというプロセス技術を
確立する。
参考文献
1)庄司克雄：“超精密加工と非球面加工”、壮光舎印刷株式会社、pp.254-264、2004 年 7 月

工具２
工具３
砥粒（アルミナA-400）、添加剤あり
図５

自動研磨後の工具先端- 20 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告福島、山形、新潟三県公設試験研究機関共同研究事業

地域特産資源を活用したふるさとブランド機能性食品の開発(第２報)－県産果実(ベリー類)を利活用した機能性食品の開発－
Development of functional foods that used local product resources－ Development of the functional foods which used local product fruit ( berries)－

会津若松技術支援センター食品技術グループ

関澤春仁

後藤裕子

谷口彩

室井梨沙子

河野圭助

ブルーベリーと同じツツジ科スノキ属に属し、アントシアニンを高含有するナツハゼの果実を用いた食品素材の開発を行った。その結果、高含有するアントシアニンを活かしたハーブティー様の嗜好飲料に適した乾燥素材、新鮮な味を保持したピューレ素材と果汁素材、機能性デキストリンを用いたパウダー素材を開発し、ナツハゼ果実は機能性
食品素材として様々な利用が可能であることが明らかとなった。
Key words:ブルーベリー、ナツハゼ、アントシアニン、食品素材

１．緒言

ルベリー果実よりも含有量が高いことが明らかとなった。また、ブルーベリー果実では15種類のアントシア
ニンが確認されているが、その組成については品種によって特徴があることが明らかとなった。これにより品種識別や加工品のトレーサビリティなどに応用が期待される。
19年度はこれらの結果を基に、アントシアニンを高含有する地域特産資源としてナツハゼに注目し、ナツ
ハゼ果実を用いた食品素材の開発と利用法を検討した。

ブルーベリーを主とするベリー類果実は従来、主にその色と香りが利用され、ジャムやケーキ等の加工品に使われてきた。しかし、1990年代後半からブルーベリーに含まれるアントシアニンの機能性が知られるよ
うになると、日本国内でもベリー類果実に対する関心が高くなり、輸入量・生産量ともに急激に増加した。
従来の加工品以外にも機能性食品原料としての輸入や冷凍果実、生果実での流通も一般的になった。福島県
内においても近年、ベリー類果実の栽培は増加してい２．実験方法るが、その消費形態は観光果樹園等での摘み採りや直売がその多くを占めていると推察され、生果実での消２．１．供試原料
費がほとんどである。また、古くから桑の実やナツハ
試験には前年度の結果から、アントシアニン含量がゼといった果実が小規模ながら利用されていたが、最高いナツハゼ果実を使用した。ナツハゼ果実は19年度
近ではこれらの果実利用を目的として、本格的に栽培に福島県内で採取された果実を冷凍保存し、試験時にしようとする動きも活発になっている。しかしながら、 解凍して供試した。
これらベリー類果実は他の果実に比べ腐敗しやすく、
今後は生果実以外での利用法が必要となってくると考２．２．素材化および分析試料調整
えられる。
２．２．１．乾燥素材化
ベリー類果実に含まれるアントシアニンに関しては、
乾燥は、真空凍結乾燥(以下FD)機と通風加熱乾燥
視覚改善効果が一般的に広く知られているが、近年で(以下加熱乾燥)機を用いて行い、乾燥後の果実のアンは高血圧、脂肪蓄積抑制、血糖上昇抑制といった、メ
トシアニン含量を比較した。通風加熱乾燥の温度は、タボリックシンドローム予防効果への期待を寄せた研40,60,80℃で、乾燥時間は48時間に設定した。また、究が盛んに行われており、アントシアニンを含むベ80℃区においては12,24時間の乾燥も行った。
リー類果実への注目度は高まってきている。
さらに、乾燥した果実をハーブティー様の飲料としそこで我々は、これらベリー類果実の持つ機能性にて利用するために熱水抽出試験を行った。それぞれの着目した食品素材の開発を行うことで、県内食品企業
乾燥果実1gを熱水200mlに入れて2分間撹拌した。得らの機能性食品開発の促進と県内果樹農家の振興を図る
れた抽出液は、アントシアニン含量と褐色度（420nm/
ことを目的とし、本研究を開始した。
520nm）、味覚センサーによる味覚測定に供試した。
研究初年度である18年度はベリー類の主な機能性成分であるアントシアニンについて調査を行った1)。そ２．２．２．ピューレ素材化
果実は電動石臼（R&Dマルチミル,グローエンジニアの結果、アントシアニン含量は品種や採取時期、栽培リング）で磨砕処理を行い、ピューレ素材とした。
法などによって大きく異なることが確認され、ブルー
ピューレ素材については流通を想定し、レトルト殺菌
ベリーと同じツツジ科スノキ属であるナツハゼ果実は機（LFS-CR75,鳥取三洋電機）による加熱試験を、70,
非常に多くのアントシアニンを含有しており、ブルー
80,90,100℃でそれぞれ10分間行った。加熱処理したベリーエキスの原料として世界的に利用されているビ- 21 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告ピューレ素材については、アントシアニン含量の測定と味覚センサーによる味覚測定を行った。
２．２．３．果汁素材化
果実をミキサーと電動石臼でそれぞれ処理した後にペクチナーゼ（スクラーゼN,三菱ライフフーズ）を原
料比0.03%添加、45℃で2時間処理して圧搾し、それぞれの搾汁率を調べた。対照として生果実を圧搾しただけの区を設けた。また、果汁素材の流通を想定し、70,
80,90,100℃でそれぞれ10分間の加熱試験を行い、味覚センサーによる味覚測定を行った。
２．２．４．粉体素材化
果汁素材化とピューレ素材化によって得られた果汁とピューレ素材に、粉末化基剤として各種デキスト
リンを混合し、真空凍結乾燥を行った。粉末化基剤には、α-シクロデキストリン（α-100,塩水港精糖）、
デキストリン（パインデックス♯１,松谷化学）、難消化性デキストリン（ファイバーソル２,松谷化学）
を用い、それぞれを原料に対し、ピューレには10％、果汁には15％を混合した。得られた粉体については、
アントシアニン含量を測定した。

℃で乾燥時間を比較した結果、乾燥時間が長くなるともにアントシアニン含量は減少した（図１）。
以上の結果から、アントシアニン保持の観点からはFDが最適であるが、加熱乾燥する場合は、なるべく低い温度で、乾燥時間は短くすることでアントシアニン
含量の低減を抑えられることがわかった。
また、ハーブティー様の飲料を想定した熱水抽出試
験の結果、FD区ではアントシアニン由来の非常に鮮やかな赤色を呈したが、加熱乾燥区においては、条件が厳しくなるにつれて赤色度が減少する一方、褐色度は増加した（図１）。さらに、各熱水抽出液を味覚セン
サーで測定したところ、80℃12時間以上の条件では著しく酸味と塩味の値が減少した（図２）。これは加熱による有機酸量の変化が影響していると考えられる。
以上の結果、アントシアニンの機能性と味覚を考慮
すると、乾燥素材を飲料原料として利用するにはFDが最も適していることが示された。

３．１．２ ピューレ素材化
ピューレ素材に関しては、加糖して加熱するなどの加工も考えられたが、本試験では生果実での加工を試みた。最初はミキサーで果実を処理したが、果皮を2～3mmに裁断するのが限界であり、外見上も好ましい印象を受けなかった。そこで電動石臼による処理を
２．３．分析方法
行ったところ、均一で滑らかな素材を得ることができ
２．３．１アントシアニンの測定た。
アントシアニンは、1％トリフルオロ酢酸水溶液を次に、ピューレ素材の流通を想定した加熱殺菌試験
用いて抽出し、分光光度計（UV-2550,島津製作所）でを行い、アントシアニン含量の測定と味覚センサーに
520nmの吸光度から求めた2),3)。標準品はCyanidin-3よる味覚測定を行った。ナツハゼ果実のpHは3前後でGlucoside(Kuromanin Chloride,フナコシ)を用いた。
あるため、温度は65℃以上で10分以上の加熱が必要である。試験の結果、アントシアニン含量は80℃でも大２．３．２ 味覚センサーによる味覚の測定
きく減少することは無かったが、味覚測定値において(株)インテリジェントセンサーテクノロジー社製のは80℃以上で大きく値が異なった（図３,４）。測定
味認識装置（SA402B）を用い、一般的な食品用の５本のセンサー（AAE,CT0,CA0,C00,AE1）によって、旨味、 値は「苦味雑味」の変化が大きかった。
以上のことから、今回のピューレ素材の殺菌法とし
塩味、酸味、苦味雑味、渋味刺激、旨味コク、苦味、ては70℃程度での処理が望ましいことが示された。
渋味の８項目について測定を行った。

３．実験結果および考察
３．１．素材化
３．１．１． 乾燥素材化
乾燥後の果実の外見は、FD区ではほぼ乾燥前の形と色を保持したが、通風加熱乾燥区は縮んで黒色になった。しかしながら、どちらの区においてもベタつきのない乾燥が可能であった。乾燥後の歩留まりは全ての区で20%前後であった。
乾物あたりのアントシアニン含量は、FD区が最も高く26.6mg/gであったが、乾燥温度が高くなるにつれ低下し、40℃区においてはFD区の50%、60℃区においては42%、80℃においては14%まで減少した。また、80

３．１．３ 果汁素材化
果皮に多く含まれているアントシアニンの有効利用を目的に、一般的なミキサーと、より細かく処理できる電動石臼を用いて前処理の比較を行った。搾汁率に関してはミキサー区67.1%、電動石臼区68.9%とほぼ同じであった。対照として設けた圧搾区では35.0%であり、この時点で圧搾のみでは果汁を得るには非効率的であることが明らかとなった。アントシアニン含量は、ミキサー区2.91mg/ml、磨砕機区2.37mg/mlとなった（図５）。この要因としては、磨砕処理時にアントシ
アニンを多く含む果皮のロスがあったことや、処理時に生じる熱が影響したことなどが考えられる。原因追求のためにはスケールアップして追試を行う必要があ- 22 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

とデキストリンの機能性を併せ持った、より付加価値
るが、いずれにしても磨砕機処理がアントシアニンのの高い粉体素材の開発を目的として試験を行った。デ
有効利用にそれほど有利に働かないことが推察された
キストリンには整腸作用や血糖上昇抑制作用などを持ため、果汁素材の加工にはミキサー処理でも十分であち、整腸作用では規格基準型トクホに利用されている
ると考えられた。
難消化性デキストリン、そして、包接作用によって高次に、ピューレ素材同様、流通を想定した加熱殺菌
品質な粉体化が可能とされ、難消化性デキストリンと試験を行い、味覚センサーで味覚を測定したところ、しての作用も知られるα-シクロデキストリンを用い
非加熱区と比較すると、70℃ではほとんど味覚データ
た。対照として一般的なデキストリン区を設けた。ナに影響しないが、80℃以上では「苦味雑味」が大きく
ツハゼ原料にはピューレ素材と果汁素材を供した。
増加した（図６）。この原因の特定は今後の課題であ試験の結果、ピューレ素材においてはデキストリン
るが、味覚を考慮した高品質な果汁素材を得るためには70℃程度での殺菌が望ましいことが明らかとなった。 無添加でも粉末化が可能であることが明らかとなり、
アントシアニン含量は19.9mg/gであった。また、果汁素材においては、各デキストリンを15％添加すること
３．１．４ 粉体素材化
で原料比約50％の粉体が得られ、アントシアニン含量
果実やジュースを粉末にする際にはデキストリンがは全て10mg/g前後であった（図７）。ピューレ素材、
粉末化基剤として多く用いられているが、場合によっ果汁素材ともに粉体性状はデキストリンによって異なては増量剤や添加物等のマイナスイメージで捉えられり、一般的なデキストリンの添加が最もサラサラとしることも多い。そこで今回は粉末化基剤に機能性デキた粉体を得ることに有利であった。
ストリンを用いることで、ナツハゼのアントシアニン

図１

乾燥素材のアントシアニン含量と熱水抽出液

図２

熱水抽出液の味覚センサー測定値

図３

ピューレ素材のアントシアニン含量

図４

ピューレ素材の味覚センサー測定値- 23 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

図５

果汁素材のアントシアニン含量と搾汁率

図６

果汁素材の味覚センサー測定値

図７

パウダー素材のアントシアニン含量

図８

開発したナツハゼ素材

４．結言
本研究ではアントシアニンを豊富に含むナツハゼ果
実の食品素材加工を行い、ハーブティー様の飲料に適した乾燥素材、新鮮な味を保持したピューレ素材と果汁素材、機能性デキストリンを用いた粉体素材を開発した（図８）。開発した素材はアントシアニンを減らすことなく加工が可能であるため、機能性成分として知られるアントシアニンによる健康維持効果が期待される。一方、ナツハゼ果実は酸味が強い特徴があり、今回アントシアニンの色と酸味を活かした様々な食品
素材への加工が可能であることが示されたことで、ナツハゼは加工用として優れた果実であることが明らかとなった。
現在、ナツハゼは花木用として流通量が多く、果実用に栽培している例は少ない。さらに果樹としての栽培方法が未確立であるため、採取量も多くないのが現状である。しかし福島県では当所以外にも、福島県農業総合センターにおいてナツハゼに関する試験研究に取り組んでおり、ナツハゼの繁殖法の検討4)や果実の加工5)などが検討されている。また、県内各地でもナツハゼを地域資源として活用して地域特産物を開発する動きもあることから、今後の展開が期待される。

参考文献
1)関澤ら：地域特産資源を活用したふるさとブランド
機能性食品の開発(第1報)、平成18年度福島ハイテ
クプラザ試験研究報告,pp.29-32(2007)2)日本食品科学工学会 新食品分析法編集委員会編：
新・食品分析法,pp.653-659
3)須田ら：日本食品科学工学会誌.52.10
pp.462-471(2005)4)矢吹ら：ナツハゼの実生繁殖法、平成13年度福島県
農業試験場試験成績概要 (2002)5)新妻ら：未利用農産物等の活用技術及び加工品開発、
平成19年度福島県農業総合センター試験成績概要(2008)- 24 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告産業廃棄物減量化・再資源化
技術開発支援事業

酸化セリウム系ガラス研磨材のリサイクル
Recycle System of Ceria based Glass Polishing Powder-

いわき技術支援センター材料グループ 加藤和裕 企画支援部連携支援グループ
新協工業株式会社 渡邊敏広、服部喜清
株式会社オプトネクサス 蒲生金太郎、宗像優博、渡辺照男
株式会社 アサカ理研
安田紀彦、笹崎克之
福島大学 共生システム理工学類 佐藤理夫

中山誠一

酸化セリウム系ガラス研磨材のリサイクルを検討した。その結果、遠心分離法や自然沈法で、研磨材成分とガラス成分を分離できることがわかった。また回収した研磨材成分を使用してガラスを研磨することができ、沈降法による再生研磨材回収が期待される。また再生研磨材には粗大な異物粒子が混入する場合があり、これを避けるために沈降工程を２段階とするのが有効であることを確認した。
Key words:酸化セリウム、研磨材、リサイクル、希土類、沈降

１．緒言

リウム以外にもランタンやプラセオジムといった希土類元素を含んでいる。この希土類元素をそれぞれ高純度で抽出、新たな希土類製品を開発する。このことは希土類資源の安定供給に寄与すると期待できる。
以上の２通りのリサイクルループを組み合わせることで、投入エネルギーあるいはコストの観点から効率のよいリサイクルプロセスの構築を目標とする。
平成１９年度、ハイテクプラザでは、廃研磨材スラリーからの再生研磨材の回収方法について検討したので報告する。

酸化セリウム系ガラス研磨材はレンズやプリズムなどの光学部品、液晶ガラス、ガラス製ハードディスクなどの精密研磨に使用されており、その使用量は年々増加している。この研磨材の原料の希土類鉱石の生産は現在、ほぼ中国の独占状態にある。昨今では中国の内需優先策あるいは環境・資源保護政策で輸出量が制限され、研磨材の価格が高騰、研磨事業者の負担となっている。また研磨材は水に懸濁して使用するため、その廃棄物は含水率が高く廃棄コストが嵩むという問題もあり、使用量、廃棄物量の削減が求められている。
一方、希土類元素は研磨材以外でも蛍光体や磁性体、 ２．実験方法
触媒、鉄鋼やガラスへの添加剤など広い分野で使用さ
２．１． 廃研磨材スラリーれる工業的に重要な元素群である。しかし希土類資源
廃研磨材スラリーは新協工業（株）で排出されるもを中国に全面的に依存している現状は資源の安定供給のを使用した。
確保の観点からも問題と思われ、希土類原料の多様
２．２．再生処理および分析化は重要と考えられる。
再生処理は、廃研磨材スラリーを遠心分離法または
そこで我々は産学官が連携し、平成１９年度から２
自然沈降法で、沈降物と非沈降物を分離した。分離後
１年度の３カ年、酸化セリウム系ガラス研磨材のリサ
それぞれに含まれるランタン、セリウム、プラセオジ
イクル技術の開発に取り組むこととした。リサイクル
ム、ネオジムおよびけい素を波長分散型蛍光X線分析技術の開発にあたっては、次の２点からの検討を行う。 法、または次の湿式化学分析法で分析した。希土類元
一つ目は、「廃研磨材からの再生研磨材回収」であ素は試料を硫酸で分解後適当濃度に希釈し、ICP発光
る。ハイテクプラザでは平成９～１２年度に水酸化ナ分光装置で分析した。けい素は硫酸に不溶な成分をSi
トリウム処理によるガラス研磨材のリサイクルを検討
O ２ とした後にフッ化水素処理を作用し揮散させ、減し、その結果、廃研磨材からガラス成分、凝集剤成分
量分から求めた。
を除去すると、研磨能力を有する再生研磨材が回収で２．３．研磨性能評価
きることを確認した 1)。さらに回収プロセスを提案し２．２の再生処理での沈降物を使用して、新協工業（株）において研磨試験を行った。
たが、これは高濃度アルカリを使用するため、大規模な設備が必要となる問題があった。そこで本事業では、研磨事業者が自社で発生する廃研磨材を処理すること
３．結果および考察ができるよう薬剤や大がかりな設備が不必要な再生研
３．１．遠心分離法による研磨材再生試験
磨材回収プロセスを目的とする。
試験に使用した廃研磨材スラリーの乾燥組成を表１
二つ目は、「廃研磨材を原料とした研磨材以外の希に示す。ランタン、セリウム、プラセオジムが検出さ
土類製品の開発」である。酸化セリウム系研磨材はセ- 25 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

れた。通常酸化セリウム系ガラス研磨材はランタンからネオジムまでの軽希土を多く含むバストネサイトなどの鉱石を原料にしている。しかし廃研磨材スラリー
はネオジムを含んでいなかった。これはネオジム-鉄－ボロン磁石向けのネオジム需要が高く、研磨材製造に先立ち回収されているためと思われる。またけい素
は酸化物に換算して10wt％程度であった。
この廃研磨材スラリーを遠心分離処理し、沈降分と非沈降分を分離した。それぞれを乾燥し、廃研磨材ス
ラリーと同様分析した。結果を表２に示す。けい素は沈降分に少なく、非沈降分に多いことがわかる。このことから薬剤を使用しない簡便な方法でガラス成分と研磨材成分が分離できる可能性が示唆された。
次に沈降分の再生研磨材としての可能性を検討する
ため、新協工業（株）で研磨試験を実施した。腕時計用カバーガラス1,440枚（120枚/ﾊﾞｯﾁ×12ﾊﾞｯﾁ）を研磨した結果、不良発生は認められなかった。したがって廃研磨スラリーから再生研磨材が回収できると期待
される。

表１

廃研磨材スラリー乾燥物の化学組成
成分

試料
廃研磨材
スラリー

表２

/

wt%

SiO2

La2O3

CeO2

Pr6O11

Nd2O3

10.0

17.9

40.7

2.1

0.4

表３

自然沈降処理での非沈降分、沈降分の化学組成
成分

試料

/

wt%

SiO2

La2O3

CeO2

Pr6O11

Nd2O3

非沈降分

44.1

8.3

31.6

1.8

-

沈降分

4.1

29.8

57.3

3.8

0.5

磨試験を実施した結果、キズ、カケなどの不良が高い
頻度で発生した。
これは廃研磨材スラリーへの異物混入のためと考え、次の試験を行った。廃研磨スラリーを目開き３５０、
２５０、１２５および６３μｍのステンレス製ふるいを通過させ、それぞれのふるい上残留物およびふるい
通過物を回収し、実体顕微鏡、走査型電子顕微鏡でその性状を調査した。図１は目開き１２５μｍのふるい状残留物の実体顕微鏡観察結果である。研磨材の凝集体以外にガラスや金属らしき異物粒子が確認された。
代表的な異物粒子を抽出し、走査型電子顕微鏡で観察、元素分析したところ、主にアルミニウム、けい素、酸素が検出された。研磨作業環境を考えると、これらの異物粒子はガラス、治工具や装置部材から混入する金属アルミニウム、他の研磨工程から混入したアルミナ
系研磨材などであり、このことが沈降分のけい素濃度

遠心分離処理での非沈降分、沈降分の化学組成
成分

試料

/

wt%

SiO2

La2O3

CeO2

Pr6O11

Nd2O3

非沈降分

42.9

4.3

18.0

1.2

0.4

沈降分

2.2

24.1

42.8

2.3

0.6

３．２．自然沈降法による研磨材再生試験
本研究では、薬剤を使用しないと同時に、出来るだ
け簡便な設備で廃研磨スラリーから再生研磨材を回収することを目的としている。そこで遠心分離装置を使用せず、自然沈降法による再生研磨材の回収を試みた。
新協工業（株）で発生した廃研磨スラリー約２０ Lを３日間静置し、沈降分と非沈降分を分離、それぞれを乾燥し、組成を分析した。結果を表３に示す。遠心分離処理時と同様、研磨材成分は沈降分に多く、ガラ
ス成分は非沈降分に多く検出された。しかし遠心分離
処理沈降物と比べて沈降分中のけい素濃度がやや高い結果となった。
この自然沈降回収物を使用し、新協工業（株）で研- 26 -

図１

１２５μｍふるい上残留物

図２６３μｍふるい通過物

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

が高くなった原因であると思われる。
図２に今回使用したふるいのうち最も細かい目開き
６３μｍのふるいまで通過したものの実体顕微鏡観察
結果を示す。ここでも研磨材以外の異物粒子が確認された。これに対し、前節の遠心分離処理で使用した廃研磨スラリーには異物粒子の混入が少なかったために研磨試験の結果が良好であったと推測され、廃研磨材
スラリーの性状はその発生履歴などにより変動している可能性があることがわかった。品質の安定した再生研磨材を回収するためには、研磨材の履歴を管理するなどして、この点にも留意する必要がある。
３．３．２段階での自然沈降処理上で示したように、廃研磨材スラリーには粗大な異物粒子が混入している場合があることがわかった。再
生研磨材回収のためにはこの異物粒子を除去する必要がある。しかし現在のところ、異物粒子のサイズが不明である上、目詰まりの問題から目の細かいふるいでの除去は現実的ではないと判断した。
そこで、異物粒子除去のため、２段階での自然沈降処理を検討した。廃研磨材スラリーを十分撹拌後、５分間静置、沈降分（以下、５分沈降物）と非沈降分を分離した。非沈降分は更に２日間静置し、沈降分(以下、２日沈降物）を回収した。５分沈降物と２日沈降物の走査型電子顕微鏡観察結果を図３に示す。５分沈降物は数百μｍの粗大凝集粒子を形成しているのに対し、２日沈降物では粗大な異物粒子や凝集物は観察さ500 μｍ

( a)

10 μｍ

(b)

図３

沈降時間の異なる沈降物の電子顕微鏡

観察(a)５分沈降物、(b)２日沈降物

表４

2段階自然沈降処理での非沈降分、沈降分の化学組成
成分

試料

/

wt%

SiO2

La2O3

CeO2

Pr6O11

Nd2O3

５分沈降物

8.0

24.6

49.5

2.9

-

２日沈降物

2.1

29.7

52.5

3.4

-

れず、数μｍ程度の粒径であった。また両者の元素分析結果を表に示す。５分沈降物でけい素濃度が高いことがわかる。以上から再生研磨材の回収は２段階で処理を行うことが好ましいと思われる。
５分沈降物中の凝集体がどのように生成するのか現在のところ明らかとなっていない。凝集体生成が研磨材の性能劣化の一因である可能性もあり、今後検討をおこなう。
３．４．研磨工程における研磨材フロー
本研究では、廃研磨材スラリーからの再生研磨材回収を目的に種々検討をおこなったが、改めて研磨工程を詳細に見直す機会にもなった。その結果次のことが確認された。
ガラス研磨においては研磨材は水に懸濁し、１０%程度のスラリーで使用される。研磨材スラリーはスラリータンクで常に攪拌されつつ、ポンプで研磨機上部に送られ、被研磨物と接触後研磨機下部からスラリー
タンクに戻るという、循環式を採用している。しかし循環すべき研磨材のうち、一部が図４のように研磨機
内部に沈殿・堆積したり、非研磨物や作業者に付着して流出するなどして次第に減少する。そこで研磨材のフローを解析し、この量を概算したところ、投入した研磨材の約５０％にのぼることがわかった。すなわち、研磨材のおよそ半分はガラス研磨に十分に活用されていないこととなり、この点を解決すれば、研磨材の使用量が大幅に低減する可能性がある。

図４- 27 -

研磨材の堆積した研磨機内部

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

また本年度は研磨機付着分等はリサイクル対象に含
めていなかった。今後はより回収率の高いプロセスの構築を目指し、これらもリサイクルの対象とすることを検討する。

４．結言
酸化セリウム系ガラス研磨材のリサイクルを検討した。その結果廃研磨材スラリーを静置すると、研磨材成分が沈降し、ガラス成分と分離できることがわかった。またこの研磨材成分はガラス研磨能を有しているが、再生研磨材中に粗大な異物粒子が混入する場合があり、留意が必要であることがわかり、これの除去には沈降プロセスを２段階にすることが有効であった。
今後は、30 ～ 50L の廃研磨材スラリーの再生処理ができる装置を試作して試験を行う予定である。
参考文献
1)加藤和裕：“酸化セリウム系ガラス研磨材廃棄物の有効利用”、平成１２年度福島県ハイテクプラザ試験
研究報告、pp.78-81,2000- 28 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

受託研究事業

ＵＶ－ＬＩＧＡを用いた微細磁気構造をもつ
磁性体めっきパターン形成による磁気スケールの開発
Development of magnetic scale with micro stripe pattern by photolithography and elctroplating

研究開発部 プロセス技術グループ 三瓶義之 安齋弘樹
ニッコーシ株式会社 前田修 中村寛 小山内俊介
福島大学理工学群 山口克彦 入戸野修

伊藤嘉亮

フォトリソグラフィーと電気めっき技術を組み合わせ、非磁性基板上に磁性体による磁気構造を形成し、磁気スケールとすることを試みた。Fe-Ni合金、Fe-Co合金といった磁性体のめっきにおいて、めっき条件やフォトリソグラフィー条件の検討により磁性体の微細パターンを形成することが可能となり、プロセスを繰り返すことにより、異なる磁性体による複合構造パターンを形成することも可能となった。形成された微細パターンは磁気抵抗素子を用いて磁気スケールとして使用できることが確認できた。
Key words:UV-LIGA、磁性体めっき、磁気スケール、Fe-Ni、Fe-Co

１．緒言
従来、磁気エンコーダーの目盛となる磁気スケール
は磁性金属やプラスチックマグネットの機械加工や射出成型による凹凸形成、あるいは着磁機で磁極を形成することで作製されてきた。１）しかし、これらの手法では加工法や着磁機の限界からピッチ0.5mm以下に微細化することは非常に困難であり、またプラスチッ
クマグネットは高温や放射線への耐性に劣るという問題があった。そこで本研究では、厚膜レジストを用いたフォトリソグラフィーと電気めっきを組み合わせ
ることにより、非磁性金属の基板上に幅・高さともに数十μｍオーダーの磁性体金属の微細構造パターンを形成し、高温・放射線耐性に優れた磁気スケールを開発することを目標に研究を行った。

この結果より、Fe-Ni合金めっき、Fe-Co合金めっきとも磁性材料としての性能を有しており、特にFe-Ni合金めっきが軟磁性体として良好な性能を有していることが確認された。
２．１．２．熱処理による磁気特性の向上
銅板上に成膜したFe-Ni合金めっき、およびFe-Co合
金めっきについて、処理温度の異なる3試料を作製し、X線回折による結晶性の評価と振動試料型磁力計による磁気特性の評価を行った。図２にX線回折での測定
結果、図３に保持力と飽和磁化の値について未処理品を基準とした相対値で示す。

２．実験方法２．１．磁性体めっきの検討
２．１．１めっき浴及び磁気特性
Fe-Ni合金めっきおよびFe-Co合金めっきについて電気めっきにより被膜を形成し、磁気特性の評価を行った。Fe-Ni合金は市販のめっき浴、Fe-Co合金は硫酸塩からなるめっき浴を用い、□5mm×0.5mmtの銅板上に厚さ20μmのめっきを形成した。磁気特性は振動試料型磁力計により評価を行った。測定結果を図１に示す。

図２より、Fe-Ni合金、Fe-Co合金のいずれもめっき直後はアモルファス状態であり、熱処理により結晶化す
ることがわかった。磁気特性については、Fe-Ni合金
めっきについては保持力、飽和磁化ともに大きな変化が見られなかったが、後述する磁気センサによる評価
では信号強度の著しい増加が見られた。Fe-Co合金め- 29 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

強度を持っており、めっき後の熱処理においても剥離や変形などの問題は発生しなかった。
２．２．２．スケールの評価
ニッコーシ（株）で作製したＭＲセンサーと専用ス
テージを用いて上記パターンの評価を行った。評価の概略を図６に、図７にNi,Fe-Ni,Fe-Ni熱処理,Fe-Coで作製した100μmピッチのスケール出力の結果を示す。

っきでは700℃での処理により保持力の増加が見られた。これらは、熱処理による結晶性の向上に起因しているものと考えられる。
２．２．UV-LIGAによるめっき微細構造の形成
２．２．１．めっき磁気スケールの作製
フォトリソグラフィと電気めっきの組み合わせにより、磁性体の微細パターンを形成するプロセスを確立した。図４にプロセスの概略、図５にこれを用いて形成したパターン幅50μm、高さ50μm、ピッチ200μmの磁気スケールのSEM画像を示す。

これより、今回使用した素材の中ではFe-Niに熱処理を施したパターンが最も信号強度が強いことがわかった。Fe-Ni合金めっきは熱処理を行うことにより、信号強度が約３倍に向上しており、熱処理による結晶化が影響しているものと考えられる。

Fe-Ni合金、Fe-Co合金いずれのめっきで作製したパターンともフォトリソグラフィ工程に耐えられる十分な

２．３．異なる磁性体による複合めっき法の開発
２．３．１．Fe-Ni／Fe-Co交互配置パターンの形成
Fe-Ni合金とFe-Co合金とが一定の空間を挟んで繰り返されている複合構造スケールの作成に取り組んだ。
これを実現するためのプロセスの概略を図８に、作製したスケールの外観およびEPMA分析結果を図９に示す。

- 30 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告ン幅50μｍ、ピッチ200μｍで交互に、見掛け上100μｍピッチでパターンが配置できており、このプロセス
により異なる磁性体による複合構造パターンを形成可能なことが確認できた。

３．結言
本研究では、フォトリソグラフィーと電気めっきの組み合わせにより、磁性体の微細パターンを形成し磁気スケールとして使用することを目標に、めっき条件
および微細パターン形成プロセスについて検討を行った。それにより以下の知見を得た。
１）Fe-Ni や Fe-Co といった磁性体のめっきにより微細パターンを形成し、ＭＲセンサーによる磁気スケー
ルとして使用できることができた。
２）ＭＲセンサーでの信号強度は Fe-Ni が最も大きく、熱処理により信号強度を向上させることが可能であった。
３）微細パターン形成プロセスを繰り返すことにより異なる磁性体の複合構造を形成することができた。
今回作成された磁気スケールは、金属素材のみで形成されているため、高温や放射線に対して高い耐性を持っているものと考えられる。
今後は磁性体めっきの高性能化やパターン形状の最適化などにより信号強度の向上、高温や放射線耐性の評価などを行い、実用化に向けた検討を行ってゆく予
定である。
参考文献
1)大森豊明：“普及版センサ実用便覧”pp.507、2000

図９より、Fe-Ni合金とFe-Co合金とがそれぞれパター- 31 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告薄地炭素繊維織物とその積層織物の製造技術の開発
Manufacturing technology development of a thin carbon fiber cloth and the laminates.
福島技術支援センター
斎藤産業有限会社

三浦文明
齋藤捷一

東瀬慎

佐々木ふさ子炭素繊維織物の積層縫合シートとしての適用範囲を広げるため、炭素繊維織物の薄地化を図り積層縫合シートの作製を行った。さらにその積層縫合シートに樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）の作製と評価試験験を行った。その結果、炭素繊維織物の積層化における縫合密度を高くすることにより、これまで問題となっていたＣＦＲＰの面外衝撃による層間剥離発生をより抑制する効果があることが分かった。
Key

words:炭素繊維、薄地炭素繊維織物、積層縫合シート、炭素繊維複合材料（CFRP）、縫合密度、層間剥離成している炭素繊維の糸）を損傷することなく縫合し、積層縫合シートＢを形成する技術１)を使い、薄地化させた炭素繊維織物と、その積層縫合シートを作製した。

１．緒言

近年、炭素繊維強化プラスチックをはじめとした繊
維強化複合材料は、比強度や比剛性の点で従来の金属材料よりも優れ、航空宇宙分野等において開発が進ん
２．１ 織物設計・製織でいる。しかし、これら複合材料は圧縮荷重や衝撃荷共同研究者である斎藤産業有限会社の協力により以重などによって損傷が発生しやすく、一度損傷が発生
下の２種類の織物の設計（表１）と製織を行った。
すると著しい強度低下を起こすことが知られている。
表１ 炭素繊維織物設計仕様
特に、CFRP積層板は衝撃荷重等による層間剥離発生が仕様＼ﾀｲﾌﾟ
1K炭素繊維織物
3K炭素繊維織物
材料の強度低下を引き起こす問題を抱えている。従来、
炭素繊維
BESFIGHT HTA-W1K F501 BESFIGHT HTA-3K E30
CFRP積層板の層間破壊靱性を高めるため、プリプレグ
東邦テナックス㈱東邦テナックス㈱のオートクレーブ成型などにより層間に高靱性樹脂層
繊度
67Tex
200Texを入れるなどの手法が試みられてきたが、この方法でｶﾊﾞﾘﾝｸﾞ糸ｿﾙﾌﾞﾛﾝSF110T/30F
ｿﾙﾌﾞﾛﾝSF330T/100F
は大型構造物への適用が難しいことやRTM(Resin Tra㈱ニチビ㈱ニチビ
nsfer Moulding)、VaRTM(Vacuum assisted RTM)といｶﾊﾞﾘﾝｸﾞ条件 990T/m DCY(Double Co 600T/m DCY
った低コスト成型法には適用できない問題があった。
vered Yarn)
そこで本研究では、面外衝撃損傷を軽減させるため
織密度 タテ
10本/cm
5本/cm
CFRPの基材となる炭素繊維織物を積層させ、その層間
ヨコ10本/cm
5本/cm
を縫合糸で縫合した三次元構造のシートを作製する技
織物組織
平織
平織
術を開発し、低コスト成形によるCFRPの作製と評価を
タテ糸数
地部680本 耳部360本 地部510本 耳部270本
試みることにした。
整 経 長
20m
20m
製 織 機

２．

シャトル織機（図２）

レピア織機（図３）

研究方法

今まで我々が行ってきた、複数の炭素繊維織物（図１－Ａ A1 ,A2 ,..An）を積層して面内糸（各織物を構

図２

シャトル織機

図３

レピア織機

２．２ 積層縫合
１K及び3Kの炭素繊維織物を積層し、積層材料縫合機（図４）で積層縫合シート（仕様は表２）を作製した。その後、温水（95℃）にて精練を施しカバリング
糸の除去及び炭素繊維の開繊を行った。

- 32 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

表２
シート寸法

積層縫合シート仕様
タテ1000mm×

ヨコ400mm

積層枚数

９枚

縫合糸

アラミド繊維（ﾃｸﾉｰﾗ #20 200D/1*3

ステッチ方法

本縫い

ステッチ間隔5mm、10mm

帝人㈱）図７

超音波映像装置

図８

層間せん断試験（縫合密度）

２．３ CFRP成形
1K及び3K炭素繊維織物を基材とした積層縫合シート
を表３に示す条件で成形を行い、それぞれ1Kタイプ、3KタイプのCFRPを作製した。
表３
成形方法

CFRP成形条件

インフュージョン成形（図５）

含浸樹脂

ビニルエステル樹脂（リポキシR-7070-1 昭和
高分子㈱）

樹脂硬化剤

MEKPO（パーメック

硬化促進剤

ナフテン酸コバルト（ナフテックスコバルト

日本油脂㈱）

表６

日本化学産業(株)）
ゲルタイム

20℃

２．４．３ 層間せん断試験
層間せん断強さを試験するため、万能抗張力試験機（AGS-10KNG ㈱島津製作所）による層間せん断試験（JIS K7078 図８）を行った。試験条件、各試験片
寸法は、表５及び表６のと表５ 層間せん断試験条件
おりである。各試験片は基
試験速度2.0mm/min
材である炭素繊維織物のタ
圧子半径
5.0mm
テ(Warp)及びヨコ(Weft)方
支点半径
2.0mm
向についてそれぞれ５試料作製し試験した。

60min

層間せん断強さ試験片寸法

試験片幅(b)mm

厚さ(h)mm

長さ(l)mm

支点間距離(L)mm

1Kタイプ

10.0

1.6

11.2

8.0

3Kタイプ

10.0

2.5

17.5

12.5

l=7h

L=5h

見掛け層間せん断強さ(Mpa)＝3Ps/4bh

Ps:破壊の力(N)

３．研究結果及び考察
図４

積層材料縫合機

図５

インフュージョン成形

２．４ 評価試験
２．４．１ 面外（落球）衝撃試験
成形した各試料を切り出し、両端支持（一軸拘束）し、表４の条件によりCFRP板面中央への鋼球落下試験（JIS K7211準拠 図６）を
試みた。
表４
鋼

球

３．１ 試織・積層縫合・成形結果
今回試織した1K炭素繊維を用いた織物及び3K炭素
繊維を用いた織物と以前我々が試作した6K炭素繊維を用いた織物の織密度・厚さ・目付けを表７に示す。
表７
試織織物

落球衝撃試験条件

直径50.0mmφ

質

量0.533kg

落下高さ

0.950m

試料寸法

160*100mm

衝撃面寸法

100*100mm

衝撃エネルギー

4.96J
図６

落球衝撃試験

２．４．２ 衝撃部の観察
落球衝撃試験によって発生したCFRP面内方向の損傷の影響を検討するため、超音波映像装置（mi-scopeⅡ
日立建機ファインテック㈱ 25MHzプローブ使用 図７）で衝突部の観察を行った。

炭素繊維織物の密度・厚さ・目付け
織密度(ﾀﾃ ﾖｺ本/cm) 厚さ(mm) 目付け(g/㎡)

1K炭素繊維織物

10.0

10.0

0.2

120

3K炭素繊維織物

5.0

5.0

0.3

230

6K炭素繊維織物

5.7

4.5

0.6

440

１K及び３Kの炭素繊維織物については、織密度を考慮することにより６K炭素繊維織物の厚さの1/2～1/3、目付けの1/2～1/4程度の薄地化・軽量化を図ることができた。３K炭素繊維の製織については、カバリング
糸の剛性が強くなりシャトル織機による製織は困難であった。そのため、太繊度の炭素繊維の製織について
はレピア織機等の使用が妥当かと思われる。 図８は１K炭素繊維織物の積層縫合シートの精練前と精練後の表面である。精練後における織物では、カバリング
糸が除去されたことにより炭素繊維が開繊され、縫合糸が面内糸間を貫通していることが確認できた。また、それらを基材として成形したCFRP（図８下段 寸法：- 33 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告タテ400×ヨコ400mm 厚：表６参照）は、繊維間への樹脂含浸が１Kタイプでは十分であったが、３Kタイプ
についてはボイドの発生が認められた。

上段

縫合間隔10mm精練前縫合間隔5mm精練前中段

縫合間隔10mm精練後縫合間隔5mm精練後下段

縫合間隔10mmCFRP

縫合間隔5mmCFRP

図９が縮小している。このことより、縫合が面外衝撃による剥離損傷を軽減し、縫合密度を高めることで損傷の拡大をより抑制できることが分かった。
図１１は、１Kタイプ及び３KタイプCFRPの層間せん
断強さを試験した結果である。１KタイプのCFRPについて、5mm間隔でステッチを行った試験片は、ステッチを行わなかった試験片に比べ見掛け層間せん断強さがタテ（Warp）方向、ヨコ(Weft)とも向上している。
しかし、10mm間隔でステッチを行った試験片では顕著な差が見られなかった。これは、試験片の寸法上、縫合部が負荷のかかる部位から外れた影響が考えられる。
また、３KタイプのCFRPは１Kタイプの2/3～1/2程度のせん断強さとなっている。これは成形時におけるボイドの影響と考えられる。
今後、さらに様々なパラメータを設定し、従来のCFRP素材との強度比較を行っていく必要がある。

１K炭素繊維織物の表面及びCFRP

３．２ 評価試験結果
図１０は面外衝撃試験として鋼球落下によって4.96
Jの衝撃エネルギーをそれぞれ１Kタイプ及び３KタイプのCFRPに与えた時の超音波映像である。基材である
炭素繊維織物にステッチを行っていないCFRPは図の上下方向（未拘束方向）に層間剥離損傷が広がっているのに対し、ステッチを行った試験片では損傷が抑制されていることが分かる。特に１Kタイプでは、ステッ
チ間隔を狭める（縫合密度を高める）ことにより損傷

図１１

１Kタイプ及び３KタイプCFRPの層間せん断強さ

４．結言
本研究では、CFRPの基材となる炭素繊維の繊度や織物の密度、製織加工法を工夫することにより、従来我々が試織した織物に比べ、当初の目標であった厚さ及び目付けで1/2以下の薄地炭素繊維織物を製造することができるようになった。また、その織物の積層縫合
シートによるCFRPを成形し試験評価した結果、縫合が今まで問題となっていたCFRPの面外衝撃損傷を軽減させることが確認できた。
このことより薄地炭素繊維織物の積層縫合シートは、
軽量かつ低コスト成形が可能な基材として、今後大型構造物などへの応用が期待される。
参考文献
１）菅野陽一他：”スーパー繊維を活用した産業資材の開発”、
福島県ハイテクプラザ研究報告書、1-14、2005

図１０

面外衝撃（落球衝撃）試験による層間剥離の超音波映像- 34 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告大型三次元座標測定機の開発
Development of large-scale coordinate measuring machine
いわき技術支援センター 材料グループ 冨田大輔
株式会社ヨコハマ吉倉 佐藤優
有限会社品川通信計装サービス 松崎辰夫
いわき明星大学 高三徳
三次元座標測定機は一般的に高価な機械であり、中小企業にとって導入の難しい機械の一つである。三次元座標測定機の市場では、中小企業が要望する大型・低価格の測定機がほとんど無いため、板金・製缶業などを対象とした新しい三次元座標測定機を企業と共同で開発することとした。今回は中小企業向け・大型対応をコンセプトとして第１号の試作機を製作し、性能の確認や課題点の抽出を行った。
Key words:三次元座標測定機、中小企業向け、コンベックス

成された多関節形などがある。測定手法については一般に接触式が多く用いられているが、最近ではレーザ
中小企業（主に製缶・板金業など）にとって、大型を用いた非接触式なども販売されている。
の製品を測定するのは容易ではない。特に三次元的な一般的な三次元座標測定機は三軸直交した３つのス
計測については十分に行われているとは言えないのがケールとプロービングシステムで構成され、プロービ現状である（写真１）。一般的に大型構造物の計測はングシステムの先端はスタイラスチップと呼ばれる球
ノギスや巻き尺を用いているが、平面度や直角度など
形の接触子になっており、その接触子を任意の位置への幾何形状の測定については治具を作って間接的に測移動させ被測定物に接触した瞬間にスケール値を読み定するなど工夫が必要で、実際の測定手法には多くの取ることにより三次元座標値を取得する仕組みになっ問題点を含む場合が多い。
ている。プロービングシステムは主にジョイスティッ
また、既存の三次元座標測定機は高価なものばかり
クを用いて操作される。
で、多くの中小企業にとっては導入が難しい状況にあ
三次元座標測定機の価格については、性能や測定範る。三次元座標測定機は主に精密加工部品を対象とし囲により異なるが、価格帯としては数百万円～１億円ているため非常に高価であり、操作も複雑であること
程度の範囲で、一般的に精度が高くなり測定範囲が大など、課題点が多い。
そこで、中小企業向けの三次元座標測定機を開発し、 きくなるにつれ価格は向上する。特に２ｍ以上の大型測定物に対応できる三次元座標測定機になると１００
今までに無い新しい市場を開拓していくことを目的と０万円以下の価格の測定機は市場にはほとんど無く、して研究開発を行った。今回は試作機を製作したので大型機械を扱う中小企業にとって導入が難しいのが現報告する。
状と言える（図１）。

１．緒言

写真１

現場での測定例

２．三次元座標測定機の種類
三次元座標測定機（座標測定機または CMM）とは、
JIS1)によると、プロービングシステムを移動させ、測図１ 三次元座標測定機の市場イメージ
定物表面上の空間座標を決定する能力のある測定シス
テムのことを指す。その種類は数多くあり、三軸直交
３．市場調査形だけでも、固定テーブル形、門移動形、固定ブリッ３．１．市内企業調査
ジ形、シングルコラム形などがある。他に、リニアス
三次元座標測定機開発に当たって、いわき市内の製ケールを用いず複数のロータリーエンコーダのみで構- 35 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

造業を 10 社程度訪問し、大型の三次元座標測定機に関する簡単なニーズ調査を行った。調査対象は主に大型の製品を扱う企業とした。
調査した企業からは、三次元座標測定機に関して、「導入したいが高価過ぎて難しい」との意見が多く見られた。また、「操作が煩雑」「板金・製缶業向きではない」などの意見もあった。
そこで今回は、これらの意見を踏まえた上で既存の三次元座標測定機ではカバーしきれない領域、特に大型対応、低価格領域について産学官連携の体制で、新しい三次元座標測定機の開発を行うこととした。
３．２．試作機のコンセプト
今回開発する三次元座標測定機は板金・製缶業など
μ m 単位の細かい精度を要求しないと思われる業種をターゲットとした。また、製造現場の人間がイメージしやすいコンベックス（メジャー）感覚で使用できるものを目指した。
試作機の基本コンセプトは、市場調査した際の意見を踏まえ以下の様に決めた。
・精度は板金・製缶業などに対応できる程度（0.3 ㎜程度）とすること・最大の測定対象物を３ m 程度とし、その範囲をカバーできる大型対応の測定機であること
・工場の現場などにおいて測定対象物の場所まで容易に移動可能なこと
・測定専門の人間のみが扱えるものではなく、現場の人間が誰でも容易に扱えること・低価格であること

次元座標測定機に関する知識を利用して、主に設計支援と精度検証を担当した。(有)品川通信計装サービス
は機械製作全般の実績があり、主に基本設計とソフト
ウェア開発を担当した。(株)ヨコハマ吉倉は県内有数の大型機械加工の実績があり、試作機の特に大型部品について開発を行った。いわき明星大学からは三次元
CAD の知識を活かして空間座標処理に関するアドバ
イスを受けた。
４．２．試作機の設計
試作機開発に当たっては共同研究企業と打ち合わせ、共同で概念的な形を作った。上記コンセプトを全て実現するのは難しいが、既存の測定機で近い物にレイア
ウトマシンや六軸多関節型三次元測定機などがあり、出来る限りそれらの測定機とは区別するように設計を行った。
試作機の構成は、垂直の土台に水平アームを取り付け、アームの内部にワイヤを通し、先端にロータリー
エンコーダ 2 個を備えた首振り機構を通して、ワイヤをあらゆる方向に引き出すことが出来るようになっている。水平アームの内部には磁気スケールを内蔵し、ワイヤの引き出し量に応じて位置を検出する機構とし、ロータリーエンコーダ２個とリニアスケールの値を用いてワイヤ先端の空間座標を算出する機構とした。このような機構にすることでスタイラスを伸ばしたり縮めたりする感覚に近くなり、現場の作業者がイメージしやすい測定機になると考えた(図２）。

「精度」の表現は測定機や測定手段により表現方法が異なり、JIS では３軸直交型座標測定機を想定した精度の表現方法を示しているが、それ以外の座標測定機について明確に定義されておらず、試作機の段階で詳細に精度を定義するのは誤解を招く恐れがあるため、一般的な「指示誤差（＝測定機の指示寸法－標準器の図２ 試作機の概念図寸法）」とほぼ同一の意味として考えることとした。
「低価格」については具体的な基準を決めるのは難
しいが、市場調査の内容を考慮すると販売価格で２０４．３．試作機の製作０万円前後の目標が妥当と思われる。
実際に製作したのが写真２である。水平アーム内部に配置してあるワイヤには常に一定の張力が与えられ、使用する範囲においては、ワイヤのたるみを無くして
４．研究内容いる。
４．１．役割分担
先端の首振り機構は、ワイヤを曲げたとき球座標を研究期間が短期間なこともあり、研究を迅速に実施形成させるために本来はある一点を中心に曲げ、そのするために作業の大部分を共同で行っており、必ずしときの２軸方向の回転量を計測しなければならないが、も明確に役割を区別できるものではないが、以下の様
実際にはある一点を中心にワイヤをあらゆる方向に曲に役割を分担した。
げることは不可能なので、一方の曲げ分について、既ハイテクプラザいわき技術支援センターは既存の三知の半径を持った回転体に連続的にたるみなくワイヤ- 36 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

をなじませ、その後その長さを補正する方法で、間接的に球座標形を形成する構造としている。これにより、ワイヤが連続的に先端までたるむことなく目標位置へ
引き出すことが可能となる。ただし、測定前にある角度で首振り部分を固定し、初期値を決定しなければ補正値が計算できない。初期値の決定には他にスタイラ
スの長さ、スタイラスチップ（先端子）の径が必要である。
スタイラスチップの形状は既存の三次元座標測定機と同様に、基本形を球形にしてあるが、測定内容や精度に応じて針状形にするなど、各種形状を工夫することができる。座標値の取得はワイヤレススイッチにより行う。
本試作においては水平アームの回転量検出、上下移動は実現しなかった。

写真２製作した試作機

５．実験
５．１．ステップゲージによる誤差測定
JIS における指示誤差の測定は「二つの名目的に平行な面を、互いに反対方向から一方の面に垂直にプロービングすることで行う。」とある。試作機の測定方
式は、手動で被測定物にスタイラスを接触させワイヤ
レススイッチを押すことで座標を取得するようになっている。しかし試作機ではブロックゲージの平行面を正確にプロービングすることは困難であるため、今回は全長 600 ㎜、20 ㎜ピッチのステップゲージ（ミツトヨ製 CheckMaster、写真３）を用い、手動で出来る
限り JIS に近い形でプロービングを行い各座標値とス
テップゲージの指示値との差を計算することで、指示誤差を求めた。

写真３

図３

ステップゲージによる指示誤差

５．２．考察500 ㎜地点の誤差のばらつき方を観ると、測定を繰り返すほど平均値が指示値に近づく傾向にあり、手動測定による直接的なばらつき（ブレ）が大きく測定結果に影響を与えていると思われる。また、スタイラスの構造が、接触点以外にも作用する力点を持つ構造になっており、それがさらに接触位置の不安定をもたらす要因となっている。現時点ではそのブレ分のみを分離することは難しく、スタイラスの改良が必要である。
1000 ㎜地点になるとばらつきの幅が僅かに大きくなる程度だったが（標準偏差σ=0.66 → 0.81）、一様に収束する程均一にはばらついていなかった。これはワイヤ引き出し長さが長くなるに比例して、首振り機構に与える力が弱くなりワイヤ角度の追従性が鈍くなるためと考えられる。

６．結言
試作機を製作していく過程で、新たな用途として木
工用、教育用（三次元 CAD 用）が考えられるなど新たな展開も見られたが、当初のコンセプトを達成し、製品化に至るまでには多くの課題が残ることが分かった。特に精度面で改善が必要であり、現在試作 2 号機の製作を検討中である。
参考文献
1)JISB7440-1 製品幾何特性仕様(GPS)－座標測定機(CMM)の受入検査及び定期検査－第 1 部：用語

ステップゲージ

測定位置は首振り機構から約 500 ㎜離れた位置と約1000 ㎜離れた位置にステップゲージを任意の方向で固定した場所とした。図３に測定した指示誤差を示す。

- 37 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

試験研究機関ネットワーク共同研究事業

ソバの機能性成分含量に及ぼす品種および栽培条件の影響－優良系統の選抜およびそばの調理に伴う機能性成分の溶出－
Effect of Variety and Cropping Season and Planting Placeon the Functionaly Components of Buckwheat
Selection of Superior Strain and Leak of Functionaly Components by Cooking of Buckwheat Noodles
会津若松技術支援センター 食品技術グループ
農業総合センター 会津地域研究所

遠藤浩志
渡部 隆

小野和広

気候や風土の異なる県内のソバ産地に適合する新しいソバ品種を育成するため、会津 1、
2 号と会津 4 ～ 8 号を 3 試験地で栽培し、収量特性とルチン含量を調査した。その結果、
会津 5 号と会津 7 号は栽培地にかかわらず優れた収量特性を有するとともにルチンの多い系統であることから会津のかおりに続く有望系統であると考えられた。
手打ち十割そばの調理中の機能性成分の溶出について検討した結果、ゆで中にタンパク質の約 12%、ポリフェノールおよびルチンの約 42 ～ 45%が溶出することが明らかとなった。また、抗酸化能は約 32%低下した。これより、機能性成分の効率的な摂取のためにそば湯を飲むことは、十割ソバにあってはとりわけ重要な意義を持つと考えられた。
Key words:ソバ、品種、ルチン、ポリフェノール、抗酸化性

猪苗代の播種期は各 8 月 9 日、8 月 1 日、7 月 27 日、
著者等はこれまで、品種の異なるソバのルチン含量、 同様に成熟期は各 10 月 5 ～ 12 日、10 月 1 ～ 5 日、10 月 1 ～ 8 日だった。3 試験地とも初期生育は概ね順
栽培及び加工適性について検討し、会津 3 号 (『会津調であったが、下郷と猪苗代は 9 月 6 日の台風 9 号にのかおり』として品種登録出願、以下、会津のかおより全面的に倒伏し成熟期の生育は不良であった。
り) が高い機能性を有するとともに、生産性や製麺性

１．緒言に優れていることを報告した。会津のかおりは県
２．２．分析試料の調製
内 14 カ所にわたる現地農家の栽培 (平成 19 年に約
ソバ粉は玄ソバを脱皮 (国光社 SP-M) した抜き実15ha) 結果でも高い評価を受け、平成 20 年における予想作付面積は 100ha と順調な増加が見込まれている。 を 小 型 粉砕 機 (ア ズ ワ ン 製 ワ ン ダー ブ レ ンダ ーWB-1) により粒径 355 μ m 以下に粉砕し供試した。
しかし福島県内でソバは標高や気候風土の異なる各
生そばはアルミ製鍋を用い 20 倍量の蒸留水でゆでた
地域で広範囲に栽培されており、産地からは独自で栽
後に氷水中で 30 秒間冷却し、水切り後に凍結乾燥培適性に優れた新品種の育成が求められている。
(ヤマト科学製 DC56A) を行い、ソバと同様の方法で一方、そば切り (以下そば) は日本において古くか粉砕試料を調製し供試した。なお、機能性成分溶出量
ら親しまれ、近年では、健康や本物志向の高まりとと測定には 2006 年産猪苗代在来種を使用した。
もに、ソバ粉配合割合のより高い手打ちそばの需要が1) 2)増加している。しかし、そば成分は調理中に溶出することから、機能性成分の摂取量を推測するために調理中の動向を把握することは有効と考えられる。
以上のような背景から本研究では優良系統の選抜育成のため会津 1、2 号、会津 4 ～ 8 号の収量特性とルチン含量を調査した。また、十割そばを調製し調理に伴う機能性成分の溶出および抗酸化能の変化について検討した。

２．実験方法
２．１． 供試材料
ソバは 2007 年に会津坂下町大字見明の福島県農業
総合センター会津地域研究所内圃場 (以下、坂下)、
下郷町十文字 (以下、下郷)、猪苗代町入江 (以下、猪苗代) で信濃 1 号、会津のかおり、最上早生、現地在来種を対照に、会津 1、2 号、会津 4 ～ 8 号を栽培し供試した。栽培は 1 区面積を坂下は 29.4m2、下郷と2
猪苗代は 35.0m とし 2 反復で行った。坂下、下郷、

２．３． 生そば用ソバ粉と生そばの調製
原 料 ソ バ 粉 は 抜 き 実 を 石 臼 で 粉 砕 (国 光 社
NC-400SW) して全層粉を調製後、60 メッシュスルー
区分を供試した。
生そばは品質評価用十割そば製造装置 (千穂田精衡
製) を用い、ソバ粉 100g に蒸留水 (室温または沸騰
水) 45g を加えて水回し (5 分間)、捏ね (4 回)、のし(厚さ 1.2 ㎜) の後、2 軸カッター (幅 2.0 ㎜) で切り出すことにより十割生そばを調製した。なお、室温水を用いたそばを水捏ねそば、沸騰水を用いたそばを湯捏
ねそばとし、いずれも 3 反復した。
２．４．分析方法
3)
タンパク質はケルダール法、ルチンは HPLC 法 、
4)
ポリフェノールは Folin-Ciocalteu 法 、抗酸化能は木村等 5) の方法に従い、有色の安定ラジカルである
DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) の退色を測定した。

- 38 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

3．実験結果及び考察
３．１． 収量特性
表 1 に坂下、下郷、猪苗代で栽培した品種の異なる
ソバの子実重、千粒重、リットル重を示した。

３．３．調理中の生そばの成分溶出
図 2、3 に水捏ねと湯捏ねそばの調理に伴うタンパ
ク質、ルチン、ポリフェノールの残存率を示した。
子実重は台風による倒伏の影響から下郷と猪苗代が坂下に比べ著しく減少した。対照品種間の比較では会津のかおりが 3 試験地とも大きい傾向を示した。試験品種で子実重が大きかったのは坂下では会津 7 号(24.4kg/a)、 2 号 (23.8kg/a) 、 下 郷 で は 会 津 5 号(8.5kg/a)、 7 号 (8.1kg/a) 、 猪 苗 代 で は 会 津 7 号(13.9kg/a)、1、2 号 (13.7kg/a) だった。
千粒重は下郷でやや小さい傾向を示したが各試験地
とも品種間に大きな差は認められなかった。
対照品種に比べ供試系統のリットル重は坂下では大きい傾向を示し、また、下郷と猪苗代でも会津 4 ～ 8
号では大きい傾向を示した。3 試験地の平均で最もリットル重が大きかったのは会津 8 号 (655g) で、会
津 4 ～ 7 号も会津のかおり (643g) 並に大きかった。
以上の結果から供試系統の会津 5 号、会津 7 号は福島県のソバ品種である会津のかおり並みに収量特性に優れていると考えられた。
３．２． ルチン含量
図 1 に坂下で栽培した品種の異なるソバのルチン含量を示した。
ルチン含量は対照品種では会津のかおりが 27.3mg
で最も多く、次いで下郷町在来 (23.1mg)、信濃 1 号(22.0mg) の順だった。また、供試系統では会津 8 号(28.1mg) が最も多く、次いで会津 5 号 (27.9mg)、会
津 7 号 (26.4mg) の順で、これらはいずれも会津のか
おり並に高い含量を示した。
ルチンの多かった会津 5 号、会津 7 号は既述のとおり収量特性にも優れていることから有望系統と考えられ、今後のソバ産地における優良性の検証試験の結果が期待される。

- 39 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

各成分の溶出率は水捏ねそば (図 2)、湯捏ねそば
４．結言(図 3) にかかわらず、ゆで 20 秒までは急激に、それ
県内のソバ産地の風土や気象条件に適合した新しい以降は漸減する傾向があった。水捏ねそばのゆで 20
ソバ品種を育成するため、会津 1、2 号と会津 4 ～ 8
秒以降のタンパク質、ルチン、ポリフェノールの残存号を会津地方の 3 試験地で栽培し、収量特性とルチン率は、各 84.7 ～ 87.6、48.2 ～ 58.6、52.5 ～ 58.8%で、 含量を調査した。その結果、会津 5 号および会津 7 号
タンパク質に比べルチンとポリフエノールの溶出率はは子実重や容積重が大きく、またルチン含量も多く、著しく高かった。一方、湯捏ねそばも成分溶出は水捏
会津のかおりに続く有望な系統であることがわかった。
ねと同様の傾向を示し、各成分の残存率に大きな差はそばの調理に伴う機能性成分の溶出率について検討なかった。本試験に用いた生そば (厚さ 1.2 ㎜、幅した結果、手打ち十割ソバにおける溶出率は二八そば
2.0 ㎜) の適切なゆで時間は 30 秒前後である。水捏ねや 乾そば より やや高 く、ゆ で中 にタンパク質の約
そばのゆで 30 秒後のタンパク質、ルチン、ポリフエ
12%、ポリフェノールの約 42%、ルチンの約 45%が溶
ノールの残存率は図 2 より各 87、54、57%と推定さ出し、これにより抗酸化能は約 32%失われることがれ、ルチンの溶出率は二八生そば 6)や、そば粉配合比
明らかとなった。
率 70%の乾そば 7)よりもやや高かった。
以上の結果から、手打ち十割そばは調理によりタン
参考文献
パク質の 1 割以上、ルチンおよびポリフエノールでは
1) 遠藤浩志・小野和広・渡部隆：ソバの機能性に及4 割以上が溶出することが明らかとなった。これより、 ぼす品種および栽培条件 ～播種期および栽培地の異機能性成分の効率的な摂取のためにそば湯を飲むことなるソバ品種の収量とルチン含量～、福島県ハイテク
は、十割そばにあってはとりわけ重要な意義を持つとプラザ試験研究報告、39 ～ 41 平成 17 年度考えられた。
2) 遠藤浩志・小野和広・渡部隆：ソバの機能性に及ぼす品種および栽培条件 ～育成系統の栽培特性とそば切りへの加工適性～、福島県ハイテクプラザ試験研
究報告、36 ～ 38 平成 18 年度
3) 小原忠彦・大日方洋・村松信之・松橋鉄治郎：高速液体クロマトグラフィーによるそばルチンの定量、
日食工誌、36, 114 ～ 120 (1989)
4) 津志田藤二郎：食品機能研究法 (光琳、東京)、
p318 ～ 322 (2000)
5) 木村俊之・山岸賢治・鈴木雅博・新本洋士：農産物のラジカル消去能の検索：食科工、49, 257 ～ 266(2002)
6) 鈴木建夫・桜田尚子・目黒熈・鈴木彦市・坂上孝
彦・氏原暉男：そばのルチン含量と分布について、
New Food Industry, Vol.29, № 6, 29-32 (1987)
7) 小原忠彦・大日方洋・村松信之・松橋鉄治郎：信
調理前の水捏ねそばの DPPH 消去活性は 1.43 m mol、 州そばの品質向上に関する研究 (第 1 報) そば粒中
ゆで 10、20，40、60、80 秒後は各々 1.02、0.99、0.88、 のルチン分布とそば製品中のルチン含量、長野食工試
0.86 m mol だった。ゆで 20 秒までの活性低下が著し
報告、15, 106 ～ 114, (1987)
く(約 29%)、その後は緩やかとなり、ゆで時間 30 秒
(適切なゆで時間) での低下率は約 32%だった。一方、
湯捏ねそばの調理に伴う DPPH 消去活性の変化は水
捏ねそばの場合とほとんど差がなかった。
上記の調理に伴う DPPH 消去活性の変化はルチンやポリフェノールの残存量の変化 (図 2、3) と類似しており、これらがそばの抗酸化能を支配する主要成分
であることが示唆された。
以上の結果から、手打ち十割そばは調理により抗酸化能が約 3 割低下することがわかった。
３．４．調理中の生そばのDPPHラジカル消去活性の変化
表 2 に生そば調理中の DPPH ラジカル消去活性を示した。

- 40 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告福島県オリジナル「紫アスパラガス」品種および機能性強化資材の開発―

紫外線強度自動計測システムの開発―

Breed Improvement of Purple Asparagus which is Original Breed of Fukushima Prefecture,and Development of Agricultural Materials for Increase of Functional Elements within the Asparagus.
- Development of automatic UV intensity measuring system -研究開発部システム技術グループ 尾形直秀 平山和弘
農業総合センター 作物園芸部 品種開発グループ 仁井智己
夏採りと呼ばれる夏季のアスパラガス収穫法では若芽の色付きが十分ではなく、機能性成分であるルチンの含有量も減少する。本研究では、全光反射不織布を敷設することにより、収穫する若芽への太陽光照射を補強し色付き、ルチン含有量の改善を目的とする。この中で不織布の敷設有無による紫外線量について無人計測を行ったので報告する。

Key words : 自動計測、紫外線計測、Windows Mobile

1. 緒言
紫アスパラガスは県内では主に南会津町の特産物として市場でも引き合いが高く、付加価値の高い商品であるが、夏採りと呼ばれる夏季の収穫では色付きも薄くなりルチン等の機能性成分や旨み成分も低下する。
夏採りという手法は立茎を繁らせて光合成による養分蓄積を行いつつ若芽を収穫するものであるが、収穫する若芽は立茎の影になってしまい、十分な太陽光を浴びることができないことが、その原因の一つと考えられている。
本サブテーマでは、圃場に全光反射不織布を敷設し、その反射光によってアスパラガス若芽への太陽光照射を補強し、色付き、ルチンを主とする機能性成分、旨み成分の低下を改善することを目的とする。
ここでは、サブテーマのうち圃場において実施した
紫外線量の無人測定とその結果について報告する。

図1

全光不織布の敷設状態
UVセンサ
浜松フォトニクス（株） GD5842
感度波⻑ 260〜400 nm (UV-A)
最⼤感度波⻑ 370nm
リファレンス(上(1ch))

対照区（上、南、⻄(３ch)）

シート施⾏区（上、南、⻄(３ch))

2. 全光反射不織布の敷設
インターフェース
カード

不織布にはデュポン社のタイベックシート１）を使用した。タイベックシート自体は多目的の保護材である
Ch.0
が、農業資材としては果実の増糖、着色の増進、地温
Ch.1
UVセンサ
A/Dカードの抑制といった効果が謳われている。これを畝の側部Ch.6に敷設し、施工区と慣行区の紫外線量を測定し、比較することにした。
図 2 自動測定システム
図１に全光不織布の敷設状態を示す。敷設したのは南会津町の個人の圃場で、図の左側が南、奥行方向が施工区はこの機器箱から奥行方向に伸びている畝、
西向きになる。
約 2 0 m であり、その先の奥行方向 20 m が慣行区とな
右下の機器箱には測定機器、バッテリーが保管される。
ている。
シートの敷設は施工区の畝の両側面と両隣の畝のそ
CF型A/Dカード- 41 -

携帯端末(PDA)

バッテリー

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

れぞれ施工区側の合わせて 4 列の敷設を行った。

3. 自動紫外線測定システムの開発
紫外線測定を無人で行うために自動紫外線測定システムの開発を行った。システムの構成を図 2 に示す。
圃場では商用電源を利用することができないため
12 V の大容量バッテリーを設置し、2～3 週間おきにデータ収集とバッテリー交換を行った。
データ収集装置本体には Windows Mobile 仕様の
PDA を用い、Windows Studio 2005、Windows Mobile
SDK を開発環境として C++で開発を行った。測定間隔は 1 分単位で設定できるようにした。一回の測定が終了すると自動的にスリープ状態に入るようにして省電力化を目指した。夜間の測定休止のため測定
開始時間、測定終了時間の設定を行うようにし、その間はスリープモードに入るようにした。
紫外線センサには浜松ホトニクス社の G5842 を使用してセンサ製作した。G5842 は感度波長が 240 nm～400 nm の UV-A 二当たり紫外線領域でピーク波長は 370 nm である。センサは施工区、慣行区に上向
き、南向き、西向きの各 3 点ずつ、機器箱の上部に上向きに 1 点の計 7 点を取り付けた。南向き、西向
きセンサを図 3 に示す。紫外線センサ信号はインタ
フェースカードに入力され、マルチプレクサにより逐次切り替えて増幅後、CF 型 A/D カードを通して
PDA に渡される。インタフェースカードを図 4 に示す。

図 3 南向きセンサと西向きセンサ

図 4

インタフェースカード

1.60E‐03

1.40E‐03

1.20E‐03

1.00E‐03

施行区（南）

8.00E‐04

施行区（西）
慣行区（南）
6.00E‐04

慣行区（西）

4.00E‐04

2.00E‐04

図 5

20:00:00

19:30:00

19:00:00

18:30:00

18:00:00

17:30:00

17:00:00

16:30:00

16:00:00

15:30:00

15:00:00

14:30:00

14:00:00

13:30:00

13:00:00

12:30:00

12:00:00

11:30:00

11:00:00

10:30:00

9:30:00

10:00:00

9:00:00

8:30:00

8:00:00

7:30:00

7:00:00

6:30:00

6:00:00

5:30:00

5:00:00

4:30:00

4:00:00

0.00E+00

1 日間の紫外線強度の推移- 42 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告4.00E‐02

3.50E‐02

3.00E‐02

2.50E‐02

施行区（南累積）2.00E‐02

施行区（西累積）
慣行区（南累積）1.50E‐02

慣行区（西累積）1.00E‐02

5.00E‐03

図 6

20:00:00

19:30:00

19:00:00

18:30:00

18:00:00

17:30:00

17:00:00

16:30:00

16:00:00

15:30:00

15:00:00

14:30:00

14:00:00

13:30:00

13:00:00

12:30:00

12:00:00

11:30:00

11:00:00

10:30:00

9:30:00

10:00:00

9:00:00

8:30:00

8:00:00

7:30:00

7:00:00

6:30:00

6:00:00

5:30:00

5:00:00

4:30:00

4:00:00

0.00E+00

1 日間の紫外線強度の累積

4. 測定結果
1 日の間の南向きセンサと西向きセンサの紫外線強度の推移を図 5 に示す。横軸は測定時刻で測定開始時
間 4 時から終了時間 20 時まで 10 分毎に測定を行った。
このグラフでは、立径の葉の影が原因と思われる施工
区と慣行区の同方向のセンサに紫外線強度の逆転が見られた。このため、図 5 に示す累積値グラフにより大まかな傾向を探った。その結果、累積値の高い方から慣行区南向き、施工区南向き、施工区西向き、慣行区
西向きという順となり、シートの敷設による紫外線強度の強化に関しては、認めることができなかった。
図 7 は 7 月～9 月の夏採り時期の着色具合でわずかに施工区の方が着色度１の収穫物の割合が高かった。
また、図 8 には同時期の収穫物のルチン含有量を示す。
こちらも頭部、中間部において施工区の方にルチン含有量が多いことがわかった。
全光反射不織布の敷設では地温の低下という効果もあり、若芽の伸びが抑えられることにより収穫までに太陽光を浴びる時間が長くなりそのために着色、ルチ
ン含有量の改善が見られた可能性もある。

100%

着色度

80%

3～ 4

60%

2
40%
1
20%

0%
慣行区

図 7

タイベ ック区

7～9 月の着色割合(%)

40
慣行
ﾀｲﾍﾞｯｸ20

5. 結言
全光反射不織布の敷設による紫外線強度の改善について計測を行ったが、明確な差は見られなかった。立茎の影響等が不織布の敷設より影響が多いものと考えられるが、改善効果に関する地温などの他の影響について別途調査の必要が感じられた。

- 43 -

0
頂部

図 8

中間部

基部

夏採りにおけるルチン含有量(mg/100g)

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

無線LANを用いた果樹ほ場の温度測定法
および凍霜害対策への活用法の開発
Development of thermometric method using wireless LAN for Orchard
and using its method for frost damage protection
農業総合センター 経営企画グループ 朽木靖之・棚橋 紺
農業総合センター 果樹研究所 永山宏一
研究開発部 システム技術グループ 高樋 昌・濱尾和秀
福島県における凍霜害の被害額は例年数億円に上る。しかしながら現在まで有効な対策
法が確立されておらず、被害が減ることはなかった。本研究では、福島県で特に被害が多い果樹に着目し凍霜害対策に必要な気象観測装置の構築とデータ収集、配信方法の検討を行った。農業総合センターでのセンサ選択、測定条件選択をもとに、ハイテクプラザで無線 LAN を用いた気象観測装置を構築した。また、果樹ほ場でデータ収集をおこない、蓄積したデータを加工後、気象状況の経過を閲覧できるシステムを構築した。気象予測はできなかったものの、霜発生の予測には十分利用可能なシステムであることがわかった。
Key words:凍霜害、果樹、ほ場、気温、湿度、風速、無線 LAN

１．緒言
福島県における凍霜害による被害額は、例年数億円の規模に上り1)、特に早春につぼみが開く果樹の被害がその大部分を占めている2）。しかし、いまだに的確な予測、対応が取れないため被害が減る
ことはない。一方、生産農家における霜対策は、
気象庁の発表データとその土地特有の気象現象などを参考に、各農家が独自に判断して行っているのが現状であり、判断基準があいまいなままになっている。また、具体的な対策は、燃料を燃やしたり、防霜ファン3)をまわすなどして周辺の大気を循環させるものだが、あいまいな判断基準の下に行うため、無駄に燃料や電力を消費したり、逆に
図1 各機関における分担対策が必要なときに見逃してしまい被害を拡大することも多い。
ザによってアクセスし、閲覧したい日時などの必要な
このような状況において、営農地における気温項目を設定して閲覧するようになる。
をはじめとした降霜予測のための気象情報を閲覧
２．２．実験装置の構築できれば、閲覧情報が判断基準となるため大幅な
平成 17 年度の農業総合センター果樹研究所内ほ場
労力、経費の節減につながり、かつ的確な霜害対における実験で、農業総合センターおよび農業総合セ
策を施すことが可能となる。また、計測現場の測ンター果樹研究所は、温度測定センサとしてサーミス
定データが判断基準になるため、将来においては、 タを選択しても十分測定に耐えるという結果を得た。
防霜ファンなどの機器を自動運転する基礎データ
また、測定高さを果樹の花芽の高さとほぼ同じ 1.5mにもなる。とすることとした。
平成 18 年度において、平成 17 年度の結果を受け製作した気象観測装置のプロトタイプを用い、標準温度計による校正を行った結果、図 2 に示すとおり、プロ
２．１．実験概要
グラム的なオフセットを加えるだけで氷点付近のリニ
各機関を含めた実験の分担、概要を図 1 に示す。
アリティが確保できることがわかった。
ハイテクプラザが担当した気象観測装置の構築におこれらの結果をもとに、表 1 を構成部品として図 3
いて、気象データの管理の容易性、保守性を確保する
および図 4 に示す気象観測装置を製作した。製作に際ため、果樹ほ場に気象観測装置を設置し無線 LAN を利用して気象データを収集・蓄積する方式を選択した。 し、測定には霜の発生メカニズムに密接に関連する次の 4 項目が必要となるため、それにあわせたセンサを利用者は、サーバに蓄積されたデータを WEB ブラウ

２．実験- 44 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

選択した。
①地上 1.5m の温度：
②地表の温度：③風速：④湿度（相対）：花芽付近の温度
温度の逆転現象判定
霜発生時は無風
霜発生時は高い

データ計測は１分に１回行い、年間を通してデータを蓄積できる仕様としたため、バッテリ、ソーラパ
ネルとも大型化した。
温度センサ、湿度センサの電圧出力および風速セン
サのカウンタ出力を図 4 におけるセンサ回路に入力し、4)
H8 マイコンにリアルタイム OS(TOPPERS/JSP) を実装した上で、入力されたデータを WEB サーバによって配信する方式とした。WEB サーバはアクティブ配信ではなくパッシブ配信とし、気象データ蓄積サーバ
からのアクセスによって初めてデータが収集される。
なお、データの蓄積にはハイテクプラザ内実験ネット
ワーク上に設置したデータベースサーバを用いた。利用した各アプリケーション等は下記の通りである。
・OS：Linux kernel 2.6.9（Distribution:CentOS4.4）
・Java ランタイム環境：JRE 2.6.9
・WEB アプリケーションサーバ：ApacheTomcat5.5.20
・データベースサーバ：PostgreSQL 7.4.19

３．結果
図2

標準温度計による温度センサの校正
表1

気象観測装置構成部品

部品名

部品名

型番

マイコン

秋月電子

AKIH8_3069f

温度センサ

石塚電子

AT-502-10～40℃

湿度センサ

TDK

CHS-GSS

5～90％

風速センサ

Davis

Vantage Pro
Anemometer

0～20m/s（表示上）

ネットワークBUFFALO

WHR-G54S

アクセスポイント

バッテリー

ACデルコ

M24MF

12Vディープサイクル

太陽電池パネル

シャープ

NE-70AIT

70W出力（120cm×
53cm）

図3

測定範囲など果樹園における実証実験のため、国見町にある果樹農家のほ場へ気象観測装置を設置し、気象データ収集
実験を行った。
強風などにより無線 LAN の通信障害が日中に発生する日も若干あったが、必要なデータが得られる夜間においては通信障害もなく、データが欠落することは一切なかった。
３．１．閲覧画面設定
蓄積された気象データの閲覧は、登録されたユーザ、
パスワードでログインし、図 5 に示す設定画面において表示したい装置番号、開始時間、終了時間、表示間隔を設定することで、任意の日時、時間間隔のデータに対して可能となる。
３．２．閲覧データ
実際に果樹農家のほ場で霜が発生したときに得られた気象データを図 6 に示す。

図4

気象観測装置概観- 45 -

気象観測装置制御部

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

た。従って、日本の気象状況との違いがあるため、本研究では最低気温予測式の妥当性の検証は行わず、参考程度の位置づけで利用した。
このグラフを見ると霜の発生する状況(発生時無風、
高湿度、地表と上空の気温が逆転、地上気温が氷点下)に非常によく当てはまる。
このグラフを協力農家の担当者に閲覧してもらった
ところ、「従来行っていた気温だけでの判断に比べ、他の測定値と共に視覚的にとらえることができるため判断の好材料となる」との評価を得た。

４．結言

図5

設定画面

凍霜害対策の指標となる気象データを果樹生産農家のほ場において計測し、無線 LAN を介して気象デー
タを蓄積する気象観測装置を構築した。また、蓄積した気象データを加工後、気象状況の経過を任意の日時で閲覧できるシステムを構築した。気象予測はできな
かったものの、霜発生の予測には十分利用可能なシステムであることがわかった。
ただし、本研究で開発したシステムを生産農家等に普及する場合、次の 3 点を検討し解決しなければならない。
1．気象業務法第 9 条の規定により6)、気象データを測定するセンサは気象庁の検定を受ける必要がある
2．気象業務法第 17 条の規定により6)、予報業務を行おうとする場合は、気象庁長官の許可が必要
3．気象業務法第 26 条の規定により6)、無線通信を利用して気象データを配信、閲覧する場合は、気象庁長官の許可が必要
謝辞
本研究の遂行にあたり、果樹ほ場におけるデータ収集作業を快諾してくださった佐野農園の関係者の皆様に深謝いたします。

参考文献
1)http://www.pref.fukushima.jp/shoubo/H18saigai.pdf： "災害編",平成 18 年版消防防災年報,4(2006)
図6 霜発生時の気象データ
2)http://www.pref.fukushima.jp/kajyu-shiken/gijyutu-shiryo
図 6 において、A：地上 1.5m での温度、B：地表面/070316tenp-index.pdf："果樹の凍霜害対策のためのの温度、C：相対湿度、D：風速、E：低温時(主に降温度指標",技術資料(2007)
霜時)の最低温度予測式に従って算出した温度である。 3)http://www.affrc.go.jp/ja/research/seika/data_tnaes/h02/tn
5)
本研究で用いた最低温度予測式 は、
aes90115："防霜ファンによるリンゴの霜害防止",平Ti=T0-1.773 ＊ SQRT(i-2)
成 2 年度 東北農業試験場 研究成果情報(1990)
Ti: 日没から i 時間後の予測温度(℃)4)http://toppers.jp： "TOPPERS プロジェクトホームペ
T0: 日没後 2 時間の H150 における温度(℃)
ージ"
i: 日没からの経過時間(時間)5)http://biomet.ucdavis.edu/frost-protection.html：で示され、日没後 2 時間経過した時の温度が起点とな"Principles of Frost Protection",November 2001
り、日出時が最低温度になる。なお、本予測式は海外
6)http://law.e-gov.go.jp/htmldata/S27/S27HO165.html： "の文献を参考にしているが、日本における降霜時の最気象業務法",総務省法令データ提供システム(2007)
低温度予測式が報告されていないためそのまま流用し- 46 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告福島県オリジナル大吟醸向け酒米品種の育成（第3報）
Development of original rice cultivar for Ginjyousyu in Fukushima prefecture. (Part Ⅲ )会津若松技術支援センター 食品技術グループ 高橋 亮 鈴木賢二 櫛田長子
農業総合センター 佐藤弘一 吉田直史 佐藤 博志
福島県オリジナル大吟醸酒向け酒米品種の育成のため、福島県農業総合センターの育種系統について、醸造適性に主眼をおき、新規酒造好適米の実用性を検討した。最終選抜系
統の「郡系酒452」は対照とした「山田錦」「夢の香」と比較し精米特性に優れ、玄米性状では腹白米比率が非常に低い分、心白米比率、無心白米比率が高い特徴が示された。仕込み試験(総米90kg)の製成酒一般成分、香気成分分析では酸度、アミノ酸度、直接還元糖、酢酸イソアミルがやや高い傾向となり味のりしやすいタイプであった。官能評価では「山田錦」にはやや劣るが「夢の香」より良好な評価が得られた。
Key words : 清酒、酒造好適米、酒米、夢の香

１．緒言
２．２．原料米の性状分析
本県初の育成酒米品種である「夢の香」は優れた酒
酒造用原料米全国統一分析法1)に従い行った。
造適性を有するが、心白が大きく、吸水性も非常に高
２．３．仕込試験
いため、必ずしも大吟醸酒向けの高精白、限定吸水が精米歩合50%(見掛け精米歩合)まで精米した供試系
容易ではなく、新たな大吟醸向けの酒米育種が望まれ統を用いた。仕込配合を表3、4に示した。1次選抜のている。そこで本研究では福島県農業総合センターと小仕込試験は酒母省略の1段仕込(酵母701-g31)で行い、の部局横断型共同研究として、福島県オリジナル大吟
最高品温12℃、以降は10℃一定経過とし、遠心分離
醸酒向け酒米品種の育成のため、酒造適性に主眼をお(9000rpm 5min)にて上槽した。最終選抜の仕込試験はいた新規酒造好適米の実用性を検討した。昨年度まで
酒母省略の3段仕込(酵母701-g31：F7-01＝7：3)で行に農業総合センターで育種された既存の有望系統のうい 、醪は 前急 型で経 過させ 大吟 醸として遠心分離
ち2次選抜供試系統3種から最も優れた酒造適性を示し(9000rpm 5min)にて上槽した。なお、麹は麹蓋法にてた「郡系酒452」を最終選抜系統とした。本年度は対各試験区ごとに製麹した。
照として「夢の香」と新たに「山田錦」を加え、最終
選抜系統「郡系酒452」について酒造原料米の性状分
析、試験醸造(総米90kg)を行い、製成酒の成分分析、官能評価により詳しく酒造適性について検討を行った。
また、農業総合センターで育種された新たな育種系統を含めた9品種について昨年度同様に1次選抜を行った。
２．４．製成酒成分分析
一般成分分析は国税庁所定分析法1)に従い行った。
２．１．原料米
香気成分分析はヘッドスペースガスオートサンプラー7050
1次選抜供試系統を表1に、最終選抜供試系統を表2(Tekmar社製)、及びガスクロマトグラフ(GLサイエンス社に示した。原料米は兵庫産の「山田錦」を除き全て平製)を用い、ヘッドスペース法にて常法2)に従い行った。
成19年度農業総合センター産(郡山市・日和田町)を用
２．５．麹酵素活性分析
いた。精米は70%精白米の性状分析では㈱佐竹製作所
麹の酵素活性分析は㈱キッコーマン製測定キットに製テストミルTM-05を、小仕込試験(総米200g・50%精白)、及び50%精白米の性状分析では㈱チヨダ製HS-4を、 て測定した。
２．６．官能評価
仕込試験(総米90kg・50%精白)では㈱チヨダ製HS-20Ⅱ
官能評価はきき猪口を用い、評価は1次選抜では3点
CNCを用いた。
法(1:優～3:難 パネラー3名)、最終選抜では5点法(1:
優～5:難 パネラー7名)で行い平均点を算出した。

２．実験方法

３．試験結果及び考察
３．１．官能評価結果
官能評価結果を表5、6に示した。1次選抜の小仕込
試験製成酒(総米200g)では「山田錦」と並び「郡系酒664」「郡系酒733」「郡系酒737」の3系統について良- 47 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告好な評価が得られた。「郡系酒664」は味に旨み、ふくらみがあり、香味の調和が取れている。「郡系酒733」は味がキレイで軽快で上品である。「郡系酒737」は甘味がキレイ軽快という良好な評価が得られた。その他の1次選抜系統は「夢の香」とほぼ同程度であった。最終選抜の仕込試験製成酒(総米90kg)において「郡系酒452」はやや酸ウクが、米由来の旨みが厚い特徴があり、対照とした「山田錦」にはやや劣る
が「夢の香」より良好な評価が得られた。

３．２．原料米の性状分析結果
酒造原料米の性状分析結果を表7,8に示した。酒造
好適米の条件として、粒の大きさ、充実度を示す千粒重が大きく、精米特性を示す無効精米歩合、砕米率が低いこと、さらに粗蛋白、カリウム含量が低く、消化性が高いことがあげられる。吟醸用に用いられる高精
白米は吸水性が高く、吸水が過多になりやすいことから作業性や製成酒の酒質に影響するため限定吸水法(厳密に一定水分に調整する方法)が用いられるため、吸水性は酒造適性に関する大きな要素となる「郡系酒452」は、千粒重が「夢の香」並で、70%精
白の無効精米歩合、砕米率が低いことから、精米特性が優れていた。吸水率は20分と120分の差が小さいた
めやや限定吸水し難いことが推察される。消化性は平均的な値となり、粗蛋白、カリウム含量は対照よりも低い値を示した。
「郡系酒664」は、千粒重が高い値となり、粒の充実度は高いが、無効精米歩合がやや高く、砕米率が非常に高いため精米特性が懸念される。また、消化性
Brixが低くモロミで溶けにくいことが考えられ、カリウムについても高い値を示した。
「郡系酒733」は70%精白の無効精米歩合が低く精米特性が優れていた。その他の項目についは「五百万石」並で特に欠点がなく総合的に酒造適性は高いことが推察された。
「郡系酒737」は千粒重はやや低い値となったが、吸水率は20分と120分の差が大きいため限定吸水し易いことが推察される。また、消化性に特徴があり、消化性Brixが非常に高い値を示した一方で消化性F-Nが低い値となった。粗蛋白についても低い値を示した。

酒造原料米の性状分析結果から良好な官能評価結果が得られた最終選抜系統「郡系酒452」及び1次選抜系
統「郡系酒733」「郡系酒737」は、対照と同等以上の高い酒造適性を示した。1次選抜「郡系酒664」は官能評価結果は良好だが酒造適性がやや劣る結果となった。

- 48 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

玄米

50%精米

玄米

山田錦

玄米
50%精米
郡系酒452(最終選抜系統)
図 1

50%精米
夢の香

玄米
50%精米
郡系酒733(1次選抜系統)
玄米及び50％精米時の状貌

３．３．玄米性状分析結果
玄米性状分析結果を表9に示した。「夢の香」「郡系酒452」「郡系酒733」「郡系酒737」について、いずれも心白米比率が高く(55～68%)、腹白米比率が低い傾向となった(9～17%)。「郡系酒452」については
腹白米比率が8.7％と低い分、無心白米比率が高いという特徴があった。「郡系酒664」は白米比率が非常に低く、腹白米比率が非常に高い傾向となり精米特性が劣る一因であると推察される。対照とした「山田錦」「夢の香」と「郡系酒452」「郡系酒735」の玄米、及び50％精米時の状貌を図1に示した。

４．結言

３．４．一般成分及び香気成分分析結果
仕込試験醸造の製成酒成分、酵素活性分析結果を表10に示した。「郡系酒452」において対照と比較し、酸度、アミノ酸度、直接還元糖、及び吟醸香成分である酢酸イソアミルがやや高い傾向となり、官能評価結果との相関がみられた。麹酵素活性についてはグルコアミラーゼがやや高い値となったが、著者らの考える理想値に近い活性を示した。

福島県オリジナル大吟醸酒向け酒米品種の育成のため、農業総合センターの育種系統について、醸造適性に主眼をおいた新規酒造好適米の実用性を検討した。
酒造原料米の性状分析、仕込試験、製成酒の成分分
析、官能評価を行い、最終選抜系統「郡系酒452」は対照と同等以上の高い酒造適性を示し、官能評価においても「山田錦」にはやや劣るが「夢の香」より良好な評価を得ることができた。1次選抜では「郡系酒733」次いで「郡系酒737」を選抜系統とし、農業総合センターでは今後も新規酒造好適米の育種を続けていくため、さらに詳しい酒造特性についての検討を行う（20年度ニーズ対応型研究の一部に引継ぐ予定）。
参考文献
1)西谷尚道監修：第４回改正国税庁所定分析法注解,
日本醸造協会, (1993)
2)吉澤 淑：醸協, 68, 59 (1973)- 49 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告猪苗代湖環境負荷に対するユビキタス・センシング・モニターの開発
A Developmemt of Ubiquitous Sensing Monitor for Environmental Burden of Lake Inawashiro
研究開発部システム技術グループ 浜尾和秀 高樋昌
環境センター 町田充弥 鈴木 聡
水質センサから、リアルタイムにデータ取得が行えることを目的に、データ取得が容易
で且つ、他の環境システムとの統合が図れる通信ソフトウェアを開発した。 将来は様々なセンサとのデータ統合を図り、環境行政施策や県民への環境情報データ利用窓口サイト構築が最終目標である。
Key words:湖、環境、負荷、センサ、ユビキタス、wsdl

１．緒言

できる、自機記録型センサを用いた。

猪苗代湖の pH が上昇し、湖の水質が年々悪化して1)
きていることが報告 されている。
環境センターでは調査研究を実施し、それまでの調査結果を平成 19 年 9 月に発表をした 2)。
現在の環境保全をするためには、環境変化を常に読み取り、連続した変化の流れから対策を打つ必要があると考えている。従来の水質調査は、測定者が現地に赴いて採水し、現地又は実験室で測定をしていた。本報では、水質調査測定を支援する部分に着目し、水質センサから、リアルタイムにデータ取得が行えるシステム開発を行うことにした。開発する用件としては、
データの取得が容易で、且つ他の環境システムとの統合が図れる通信ソフトウェアとする。

２．２ 水質汚濁の考察
図１に示すとおり、５月１４日～１６日に急激な濁度の変化が観測されたことが分かった。
本測定には、上流部の土木工事等の有無など他の要因調査や、水温・濁度変化が例年同じように示すかの複数年調査が必要である課題を持っている。左記課題には、流入河川と湖内の関連を見出すと共に、河川及び湖内の同時測定が状況把握には良いと考えられる。
以上の事項には、筆者らは多地点・多種類・実時間測定によるセンサネットワーク化で、課題の解決が図れるものと考えた。

３．システム２．事前調査２．１ 濁度測定
事前調査として流入河川の一つ小黒川で、水質汚濁の原因の一つである濁度について一定期間測定し、負荷測定の課題の洗い出しを行った。なおここでは、測定後センサを回収した後に測定結果を把握することが
測定地点

測定地点

猪苗代湖

３．１ 開発したシステム
開発したシステムは、表１に示すように、濁度セン
サに WSDL と呼ぶ、ソフトウェアインタフェースを実装した。
本 実 装 に よ っ て 図 2 に 示 す 様 に 、 Java、 PHP、
Microsoft Excel 等の WDSL に接続可能な各種プログ
ラム言語から、直接センサをネットワークを介して操作可能にした。
３．２ 従来のシステム
従来システム（図 3）は電子メールを利用したシステムとなっている。表 2 の比較のとおり、開発したシステムは相互通信が可能及び３．３で記すように現場利用可能な回線が選択できる等の利点が挙げられる。
表1 インタフェース
センサー呼出しデータ量(1Pkt=128Byte)

濁度と水温変化（ 1 時間の平均値）
5/14 0:00 ～ 5/16 24:00

5/14-16に急激な濁度の変化を観測した。
5/14-16の平均気温は15℃、降水量ほぼ0(14日が1mm)、日照
時間はそれぞれ4時間,10時間,1時間であった。

図1

小黒川の濁度変化- 50 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

P1
P1

kbps

小黒川

40 0
35 0

20 0
15 0

上り

下り

P9

kbps

229.593196.388

0
下り

P5

P3
P3

P4

187.042119.7554.5957.35

上り

au - DoCoMo - vodafone - willcom

kbps

P1

300

P3

P9
P9

366.86300

292.639200

122.64
61.72
29.37

100

0
下り
上り
au - DoCoMo - vodafone - willcom

P2

P4
P4

kbps

P5
P5

kbps
300

221.533

200

200
78.68

52.79664.3 57.5661.11
38.83

100

0

下り

300

P10
P10

kbps
300

252.492

237.667
236.587

200

100

100

57.86

46.35757.37 60.49
26.56

0

0
上り

下り

au - DoCoMo - vodafone - willcom

au - DoCoMo - vodafone - willcom

P6200
39.4252.1861.06

上り

au - DoCoMo - vodafone - willcom

P6

236.398
199.936
61.95
下り

上り

0

kbps

0
下り

下り
上り
au - DoCoMo - vodafone - willcom

上りau - DoCoMo - vodafone - willcom

猪苗代湖上(P1～ P7,P9,P10)及び北岸の通信状況を調査。遠隔による通信測定が可能か否か及び通信品質を確認した。
グラフは縦軸 kbps、横軸は下り、上り回線を示し au、docom
o、SoftBank、WILLCOM 社の順に表示。

WSDL を元に操作側でインタフェースに接続可能な言語であれば、センサー操作が可能になる。
プログラムを組む部分は極わずか。PHP では6行から可能と
なった。

図2

119.4256.6761.17

100

au - DoCoMo - vodafone - willcom

100

213.534
189.408

200

上り

55.01

上り

P7
P7

343

300

P7

P6

55.0157.37
下り

kbps

3 8.460

0300

58 .2 1 61 .09

50

P10

100

100

118 .52
96 .633

10 0

P2
P2

kbps

200

242.153
2 25 .3 94

25 0

16.62
下り

au - DoCoMo - vodafone - willcom

200

35 8.698

30 031.2830300

小黒川 河口 ⑥

45 0

200
100

小黒川

kbp s

300

図4

開発したシステム

各社通信端末の湖上通信測定

表3 測定間隔とデータ量
間隔 [分]

回／時間

回／日

Pkt ／日Pkt ／月106

144

19,527585,79915

4

96

13,018

390,533

表4 月額通信料 （円：税込み）
WIN シングル M
0.02625 円

au
従来システムは、電子メールでセンサの操作を行っている。
受信メールから専用ソフトで数値化及び可視化を行う。

10 分間隔15 分間隔

9,340
5,775

WIN シングル L
0.01575 円

8,400
8,400

図3 通信システム構成

docomo

表2 通信システムの比較
従来の通信システム開発した通信システム

・電子メール方式
・決まった時刻に計測値を発信
・受信メールからデータ化する専用ソフ
トウェアが必要・docomo 社 DoPa 網を利用している・通信費が比較的安い・XML Web Services 方式
・双方向通信・緊急時等は詳細な計測指令の発呼が任意に可能・専用ソフトウェアに依存しない
・他の環境センサー等との連系（編成）が容易
・現場利用可能な回線が選択できる
・通信が多くなるため通信費上昇（の可能性）SoftBank

データプラン M
0.021 円

10 分間隔15 分間隔

8,312
5,460
レギュラー
0.02625 円

10 分間隔15 分間隔13.067
6,090
パケコミネット

WILLCOM

10 分間隔15 分間隔17,088
10,937

データプラン L
0.01575 円

7,770
7,770
ミドル
0.01575 円

8,400
8,400
ネット 255,670

３．３ 通信キャリア
環境情報利用窓口サイト（図 5）の構築が目標である。
通 信 キ ャ リ ア の au、 docomo、 SoftBank、
今後は、膨大な過去のデータと、これから得られる
WILLCOM 社の各社通信カードを用い、湖上の水質データをデータベース化しつつ、Web Services でのデ測定箇所(図 4 の P1 ～ P7,P9,P10,小黒川)で通信の状ータ提供が望まれる。
況を測定した。また表 1 データ量及び表 3 から、月額通信料を算出したものを表 4 に示す。
５．検討
各測定箇所毎に、各社の通信品質及び通信料金から、 ５．１ 関連研究
最適な通信カードを選択することができる。
本報では、水質センサをネットワーク化させ、計測

４．環境データの統合
システムの発展型として将来は環境データの統合を考えている。各種環境データとの連系を行い、データ
利用者が、必要なデータを自由に探し、利用できる、

データをリアルタイムに利用できるシステム開発を報告した。
世 界 的 に は GLEON ( Global Lake EcologicalObservatory Network)が、湖沼の動態観察用の各種観察データを収集し、ネットワークによるデータの提供- 51 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

動態観察に役立ち、且つ容易にデータを持ち得るシス
テムが時代の流れであることが分かる。開発した本シ
ステムの有意性が示される。しかし現在次の課題を持
っている。
①電力問題
無線通信を行うため自機記録型センサより多くの電力を要してしまう。バースト的なデータ送受信ではな
く、一回の送受信内容を小さくする等の通信上の工夫が必要である。
②同時アクセス本システムではセンサへの同時アクセスに対応していない。多人数からの同時アクセスの排他制御を行う
か、接続相手の限定を計る必要がある。
③復帰問題
現場投入し何らかの障害によってセンサシステムが停止してしまった際、外部からの通信または自己による復帰の機能が保守性には必須である。

利用者

河川

大気
窓口サイト

気候

河川

湖沼

気温

各種データの連系を行い、データ利用者が自由に必要なデータを探し、利用できる、環境情報利用窓口サイトの構築が目標。

６．結言

今後は、膨大な過去のデータと、これからのデータを DB 化しつつ、Web Services でのデータ提供が望まれる。

図5

環境情報ポータルサイトを行っている。開発した本システムの WSDL を提供することで、容易に GLEON との湖の水質データ共用が実現できるものと考えている。
また日本では、Live E! ～活きた地球の環境情報～
が、日本全国に配置したセンサから各種環境情報を収集して、教育や研究、ビジネスに役立てる産学官の取り組みを行っている。しかし Live E!は、百葉箱をディジタル化しているため、水質センサの情報は現在見あたらなかった。そのため、開発した本システムのwsdl 提供により、水質データの活用法を Live E! にも広げられるものと考えている。
福島県内では、桧原湖水質自動モニタリングシステ
ムが福島県水・大気環境課により稼働している。本シ
ステムは、自動で採水分析し、その分析結果を電話回線で会津地方振興局に定期的に送るものである。４．
で述べたようなデータの連系ができるようになれば、桧原湖の有益な水質データの更なる活用が計れるものと考えている。

本報告では、以下の内容を報告した。
①濁度センサを遠隔で操作可能なシステムを開発した。
②従来は電子メールでセンサに指示を出していたが、MS-Excel 等で直接センサの遠隔操作が可能になった。
③センサ呼出し方法は XML Web Services 方式なので、どんなシステムからも容易にセンサへのアクセスが可能となった。
以上の結果から、リアルタイムのデータが容易に取得できれば、濁度変化時に速やかな要因調査が可能になる。また長期間の連続測定から、季節や地域ごとの変動を把握できるものと期待できる。
本開発システムによるセンサネットワークを湖上に多く配置していくことで、猪苗代湖の環境負荷の解明と今後の環境保全に役立てていけるものと考えている。
参考文献
1)福島県環境センター：“猪苗代湖及び長瀬川のイオ
ンバランスの季節的変動と経年変化調査”、福島県環境センター年報 第 9 号、pp.19-21、2005
2)日本大学工学部・福島県環境センター共同研究発表
会運営協議会：“清らかな湖、美しい猪苗代湖の秘密を探る講座”、平成 19 年 9 月 13 日（木）５．２ 考察
時系列に揃えられた水質データが、湖の環境負荷の- 52 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

内燃機関への植物油利用技術
Application of Vegetable Oil to an Internal Combution Engine
研究開発部 材料技術グループ 内田 達也 植松 崇 渡部 修
研究開発部 プロセス技術グループ 伊藤 嘉亮 池田 信也 大野 正博
農業総合センター 藤沢 弥榮 棚橋 紺
近年、二酸化炭素フリーであり廃食用油から製造される BDF が注目を集めている。しかし、規格が任意であり JIS 化されていないことや製法及び原料の違いなどから、品質も一定しない問題がある。そこで県内にある BDF 製造メーカー 2 社の BDF について成分分析を行い、構成成分の違いについて検討した。その結果、2 社ともに炭素 16 から 18 の脂肪酸メチルエステルが多く、H 社ではリノール酸メチルエステル、T 社ではオレイン酸メ
チルエステルが多く検出され成分の違いが見られた。
Key words:バイオディーゼル燃料、BDF、廃食用油、エステル交換反応

１．緒言
近年、原油の高騰や京都議定書による二酸化炭素の排出規制のため、燃料用エネルギーの多様化が求められている。特に、農産物由来の燃料は、二酸化炭素フリーであり廃食用油から製造できることなどから、各地で製造、利用が進んでいる。
県内においても、バイオディーゼル燃料(以下 BDFとする)を製造・販売する他、自ら活用を図る予定の団体もあり、ニーズは拡大の様相を見せている。
しかし、規格が任意規格であり JIS 化されていないことや、製法や原料の違いなどから、製品の品質も一定でないという問題がある。
そこで、我々は品質確認の手法形成を兼ねて県内に数社ある BDF 製造メーカーのうち、2 社の BDF について成分分析を行い、構成成分を比較検討した。

ナトリウム)下でメタノールとエステル交換反応を行い、脂肪酸メチルエステルとグリセリンを生成させる。
次に、副生成物であるグリセリンを除去した後、洗浄・脱水を行い、必要な添加剤を加えることで完成する。
２．２．試薬エステル化物は、そのまま質量分析計で検出されるが、エステル化されなかった脂肪酸類は極性が強く、沸点が高いなどの理由でそのままでは検出することが困難である。そこで、シリル化剤として SUPELCO 製
BSA( N,O-ビ ス ト リ メ チ ル シ リ ル ア セ ト ア ミ ド )+TMCS(トリメチルクロロシラン), 5:1(SYLON BT)
を使用して検出可能とした。また、n-ヘキサンは関東
化学(株)の高速液体クロマトグラフ用、塩化ナトリウ
ム及び硫酸ナトリウム(無水)は和光純薬工業(株)の試薬特級を用いた。

２．実験方法
２．１． 試料
BDF は廃食用油を原料に県内の 2 社(H 社、T 社)
で製造されたものを用いた。図 1 に 2 社の BDF を示す。

図1

BDF(左：H社

右：T社)

BDF の製造方法は、廃食用油を原料として、まず沈殿物の除去や脱水をした後、アルカリ触媒(水酸化２．３．試料の前処理
まず、BDF の塵埃を除くために吸引ろ過した。次に、ろ液を分液ロートに入れ 15wt%塩化ナトリウム水溶液で 5 回洗浄し、再度吸引ろ過した。最後にろ液に硫酸ナトリウム(無水)を適量入れ乾燥させた。
乾燥させたサンプル瓶に BDF を 100µl 採取し、
BSA+TMCS 100µl 及 び n-ヘ キ サ ン 800µl を 加 え
GC-MS 用分析試料とした。
1)

２．４．実験装置及び分析方法
ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)は、バリ
ア ン・テ クノ ロジー ズ・ジ ャパ ン・リミテッド製
Saturn 2000 を使用した。カラムはフロンティア製
Ultra Alloy-2(膜厚 0.5µm、内径 0.25mm、長さ 30m)を用い、イオン化条件は EI 法 70eV、カラム温度は 50℃(5min)-10 ℃/min-300 ℃(90min)、キャリアガスはHe(0.8ml/min) 、注入口温度は 320 ℃、注入方法はSplit 1:10 と 1:100 の 2 種類、注入量は 1µl とした。

- 53 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

図2

H社BDFのクロマトグラム(Split 1:100)

図3

H社BDF(Split 1:100)の26.208minのMSスペクトル(上段)とデータベースの検索結果(下段)

３．結果と考察
ガスクロマトグラムの一例として図 2 に H 社 BDFのクロマトグラム、図 3 に検索結果の一例として H
社 BDF の 26.208min の MS スペクトルとデータベー
スの MS スペクトルを示す。また表 1 ～ 3 に H 社、T社の BDF から検出された成分の検出時間及びピーク
強度をまとめて示す。
2 社とも 24min から 27min にかけて検出された炭素16 から 18 の脂肪酸メチルエステルが多かった。その中でも H 社 BDF ではリノール酸メチルエステルが、T 社 BDF ではオレイン酸メチルエステルが一番多く検出された。2 社 BDF の炭素 16 から 18 の脂肪酸メ
チルエステルの量を比較すると T 社 BDF の方がピー

ク強度比で 2 倍以上多く含有していた。
トリメチルシリル化脂肪酸類では、2 社ともに 1-モ
ノオレオイルグリセロールトリメチルシリルが一番多
いが、H 社 BDF の方が T 社 BDF より約 1.4 倍多く検出された。また脂肪酸メチルエステル時に多かった炭素 16 から 18 のトリメチルシリルエステル化されたものも 2 社同じくらい多く検出された。BDF 生成時の副生成物であるグリセリンのトリメチルシリル化物であるグリセロールトリメチルシリルは H 社 BDF の方が T 社 BDF より約 1.5 倍多かった。
全体としては、トリメチルシリル化された脂肪酸は
H 社 BDF の方が約 1.3 倍ほど多く含有しており、T社よりエステル化が不十分であることが分かった。これは BDF の性状に影響してくる要因の 1 つであると- 54 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

表3

表1

各種脂肪酸メチルの検出時間及びピーク強度(Split 1:10)

表2各種脂肪酸メチルの検出時間及びピーク強度(Split 1:100)

各種脂肪酸トリメチルシリルの検出時間及びピーク強度(Split 1:100)

考えられた。

４．結言
以上のことから以下の結果を得た。
2 社の BDF を比較することにより、原料である廃食用油の違いが確認できた。2 社とも炭素 16 から 18の脂肪酸メチルエステルが多く、特に H 社ではリノール酸メチルエステル、T 社ではオレイン酸メチルエ
ステルが一番多かった。
シリル化剤を使用することによりエステル化されなかった脂肪酸類を検出することができ、2 社とも 1-モ

ノオレオイルグリセロールトリメチルシリルが一番多かった。また BDF 生成時の副生成物であるグリセリ
ンのトリメチルシリル化物であるグリセロールトリメ
チルシリルも検出された。そして H 社の方がトリメ
チルシリル化された量が多く、T 社よりエステル化が不十分だったことが分かった。
参考文献
1)シグマ アルドリッチ ジャパン(株)；技術資料
ガスクロマトグラフィー用誘導化試料 他- 55 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

ニーズ対応型研究開発事業

新多様性清酒用酵母の開発－選抜酵母と「山田錦」を用いての大吟醸酒の試験醸造－
Development of new yeast for variety sake
-Experiment brewing of Ginjyousyu by selected yeasts and Yamadanishiki-

会津若松技術支援センター

食品技術グループ

鈴木賢二・高橋亮・櫛田長子

本県オリジナルの吟醸酒用酒造酵母の開発を目的として、昨年度までにハイテクプラザプロセス技
術グループが取得したセルレニン耐性株1049株より３株を選抜し、それらの酵母を用いて良好な吟醸酒を得る事が可能であることが理解された。しかし、これまでの試験はすべて原料米に本県オリジナ
ル酒造好適米「夢の香」を用いており、本県で大吟醸酒に最も使用されている「山田錦」を用いての試験は行っていない。そこで本年は選択された３株を用いて「山田錦」を原料として大吟醸酒を試験醸造し、酵母との相性について試験したところ、それぞれ酵母の特性を持ちながらも、芳醇で良好な吟醸酒を得る事が可能であった。以上のことから新たに選抜した３株すべてが吟醸酒製造に利用可能であることが確認された。
Key words: カプロン酸エチル セルレニン耐性 清酒酵母 吟醸酒 山田錦１．緒言
表１ 試験醸造 試験区内訳
清酒における酵母の役割はその風味の良否を決める
総 米：90kg
上で大変重要な存在となっている。そのため従来より、原料米：｢山田錦｣ 精白歩合50％
国税庁醸造試験所（現：独立行政法人酒類総合研究
平成19年兵庫県産特等米
使用酵母（それぞれ2リットルずつ添加）所）や各県を中心として様々な優良酵母の開発が行わ
試験区１：701-g31株れて来た。当県においても平成３年に「うつくしま夢
試験区２：901-A113株
試験区３：701-15株
酵母」が1)、平成９年には多酸性酵母「52-5-S38」が2)、
乳酸：100ml
開発されている。しかし、その一方で近年開催されて三段仕込みいる清酒鑑評会では、香気成分の中でも特にカプロン
２．２．製麹操作
酸エチルの量が多いものの上位入賞の傾向が高いと報
3)
麹米の原料を蒸きょう後、約40℃になるまで放冷し、告されている 。そこで、筆者らは平成16年度よりハ
その後、麹室に引き込み、床全体に広げて１～２時間
イテクプラザプロセス技術グループとの共同研究を行時々返しながら放冷した。品温が約35℃まで下がるのい、これまで吟醸酒向けセルレニン耐性酵母1049株のを待ってから種麹として㈱秋田今野商店製「吟醸新グ
中から優良高香気性酵母として3株を取得し、試験をルコ菌」を100kgあたり10gを完全に振り切った。品温行ってきたところ、これらの株はすべて吟醸酒製造に
4)5)6)
が31℃まで下がってからもみ上げ、約14時間後、切り利用可能と考えられた。しかし、これまで試験を返しを行い、盛りの操作以降は天幕式半自動製麹機に行ってきた試験の原料米はすべて当県オリジナル酒造
移して製麹を行った。なお、温度経過を図１に示した。
好適米「夢の香」であり、当県の大吟醸酒で最も使用の多い「山田錦」を用いては行っていないのが現状である。そこで本年は原料米に「山田錦」を用いてこれまで選抜された酵母「701-g31」株、「901-A113」株、「701-15」株を用いて、大吟醸酒の試験醸造を行った
ところ、それぞれこれまで同様の性質を保ちながらも良好な吟醸酒が得られ、これらの株については吟醸酒
醸造に十分に利用が可能と考えられたので報告する。

２．試験方法２．１．試験醸造
これまでの研究において選抜された「701-g31｣株、「901-A113」株、｢701-15｣株を用いて試験醸造を行った｡すべての区において兵庫県産「山田錦」精米50％
総米90kgを用いて試験醸造を行った。表１に試験区の内訳を示す。 精米は㈱チヨダ製HS-20ⅡCNCを用いて行った。

図１ 製麹経過
また、出来上がった麹の酵素力価を㈱キッコーマン
製の測定キットで測定した。
２．３．醪の作製
総米 90kg 仕込みで試験醸造を行った。仕込みは酵- 56 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告ソアミルの香りがともに高く順調に推移した。また、母の特性がわかりやすいよう酵母仕込みとし各試験区に活性酵母２çを添加した。仕込み配合を表２に示す。 ｢701-g31｣株を使用した１号試験区は、醪初期より高い香気を発生し、10 日目以降からはカプロン酸エチ
仕込は従来通り三段仕込みの前急型とし、汲水歩合はルの香気が強く感じられ、高香気性の醪となった。３
留添までで、約 140 ％とした。
号試験区の｢701-15｣株については、これまではやや発
表２ 醪仕込配合
酵力が弱く感じられたものの、今回は１号試験区と同
初添
仲添
留添
総量
等の経過をたどり、香気も高く順調に醪が推移し、25
総米(kg)
1530
45
90
掛米(kg)
1024
38
72
日目での上槽となった。結果的に１号試験区よりも一
麹米(kg)
56
7
18
日早い上槽となり、発酵力についても問題がないもの
23
35
68
126
水(ç)
汲水歩合(％)
153.3
116.6
151.1
140.0
と考えられた。また、今回の試験醸造に原料米として用いた｢山田錦｣はここ数年の中で最も溶けが悪く、ほ２．４．製成酒成分分析
7)
とんど追い水を打つ必要性がない結果となった。
一般成分の分析は国税庁所定分析法 により行い、香気成分は Tekmar 社のヘッドスペースガスオート
サンプラー 7050 装備の GL サイエンス社製ガスクロ
マトグラフで行った。
２．５．試験醸造酒の官能評価
平成 20 年福島県春季鑑評会に出品して酒質の審査を行った。容器はアンバーグラスを用い、評価を５点
法（1:優良 ←→ 5:難あり）で行った。なお、審査員
は当所酒造担当職員３名を含む 14 名で行った。

図２

醪の温度経過図３

ボーメの経過３．試験結果及び考察
３．１．試験醸造製麹結果
今回、製造した麹は、製麹時間としてはやや長めとなったが、破精廻りは少なく理想的な突き破精となった。香りは栗香が高く、旨味、甘味ともに適度にあり、良好な出来具合であった。酵素力価を表３に示した。
この結果、グルコアミラーゼ力価が高いものの、α－アミラーゼ力価、酸性カルボキシペプチターゼ力価は標準より低い数値となり、理想的な吟醸麹であることが理解された。
表３ 麹の酵素力価
測定項目

酵素力価(U ／ g)

αｰアミラーゼ
グルコアミラーゼ
酸性カルボキシペプチターゼ

345
214
2,192
図４

３．２．試験醸造醪経過
醪の温度経過については図２に、ボーメの経過については図３に、アルコール生成の推移については図 4に示す。この結果、今回試験に供した｢901-A113｣株を使用した２号試験区が、最もボーメのキレが良く、ア
ルコール生成も良好で、最終的に試験区の中では最も早い 22 日目で上槽となった。昨年の結果でも同様な傾向があった事から｢901-A113｣株は清酒を製造する上で十分な発酵力を備えている酵母であることが理解された。また、香気も良好でカプロン酸エチルと酢酸イ

アルコール生成の推移

３．３．製成酒の分析結果
製成酒の一般成分分析結果を表４に、香気成分分析
結果を表５に示す。成分的には、「701-g31」株を使用した１号試験区においてやや酸が高い傾向を示したが、主な香気成分のカプロン酸エチル量が８ppm以上に達し、あらためて香気生成が最も高い事が理解された。また、｢901-A113｣株を用いた２号試験区に関して
は、香気生成としては３株の中で最も低いものの、発酵力は極めて強く、発酵管理が容易な酵母である事が伺えた。さらに｢701-15｣株を用いた３号試験区につい- 57 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

ては、今回は「701-g31｣株よりも発酵力が強く、決して発酵力に難のある酵母ではない事が伺えた。また、香気特性に関しても「701-g31」株がカプロン酸エチ
ルのみ高いのに比べ、｢701-15」株や｢901-A113」株は酢酸イソアミルもともに生成し、さわやかな感じのする香気であった。今回の結果は昨年までの結果とほぼ同様であり、それぞれの酵母の特性が再現された結果となり、米の品種差は小さいと考えられた。
表４ 製成酒の分析結果

表５

製成酒の香気成分分析結果

(ppm)

４．結言
当県のオリジナル吟醸酵母の開発を目的として、セルレニン耐性株1049株の中から、「701-g31」株、「901-A113」株、「701-15」株の３株を選択し、山田
錦精米50％を用いて、総米90kg仕込み規模での試験醸造を行った。その結果、「701-g31」株、「701-15｣株については発酵力はやや弱めであるものの、香気生成が高く、香りの高い吟醸酒の製造が可能であり、鑑評会などにおいてもでもほぼ良好な結果を示す酵母である事が理解された。また、「901-A113」株については
発酵力が強く、香りも程良く生成し、発酵管理が容易な酵母である事が伺えた。これらの酵母の性質は昨年までの研究とほぼ同様な事から、これらの酵母の特性を十分に活かして、大吟醸酒を造る事が可能である事と考えられた。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、麹菌を提供くださいま
した株式会社秋田今野商店に深謝いたします。また、
参考出品として、官能審査に協力いただきました福島
県酒造組合に深謝いたします。

３．６．官能試験結果
官能評価結果を表６に示す。今回は福島県新酒鑑評会に参考酒として出品し、厳正な審査をお願いした。
その結果、３試験区ともすべて同じ評価となり、全出品酒内での位置づけとしては、ほぼ平均的な結果であった。全般的な評価としては、本年の山田錦が極めて溶けにくかったために味わいが軽快すぎて味乗りが悪く、ウスイと指摘されたことや、さらにやや酸が高めで ある事 が問 題とさ れた が、今 回の試験醸造が90kg 仕込みと小さい事、精米歩合が 50 ％であることを考慮すると、酸が出やすい傾向にある事が伺える。
今後、酒造場において仕込み規模が大きくなり、さらに精米歩合もいっそう高精白になると酸が減る事が予想され、これらのことから判断しても本酵母は３種とも十分に大吟醸酒に使用可能であることが伺えた。
表６ 製成酒の官能評価結果

参考文献
1)遠藤浩志、鈴木英二、高橋幹雄、斉藤孔男：福島県
ハイテクプラザ会津若松技術支援センター試験研究報
告（食品部）pp.63-71(1992)
2)桑田彰、鈴木英二、安川真：福島県ハイテクプラザ
試験研究報告、pp.129-130(1998)
3)中野成美、宇都宮仁、磯谷敦子、高橋利郎：酒類総合研究所報告、177，pp.1-12(2005)
4)大野正博、渡邊真、池田信也、鈴木賢二、鈴木英二、
高橋亮、櫛田長子、佐藤正：福島県ハイテクプラザ試
験研究報告、pp.78-79(2005)
5)鈴木賢二、高橋亮、櫛田長子：福島県ハイテクプラ
ザ試験研究報告、pp.60-62(2006)
6)鈴木賢二、高橋亮、櫛田長子：福島県ハイテクプラ
ザ試験研究報告、pp.54-56(2007)7)西谷尚道監修：第４回改正国税庁所定分析法注解- 58 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告フェノール系有機資源の物質選択性を利用した高機能エコ製品の開発－柿渋担持ゲルの作製と重金属吸着能評価－
Development of High Performance Eco-product using Material Selectivily with Phenolic Organic Resources-Preparation of gel carrying persimmon astringency component , and its evaluation of heavy metal adsorption ability-

研究開発部

材料技術グループ

内田 達也

植松 崇

宇津木 隆宏渡部 修

天然多価フェノールの 1 つである柿渋は、重金属やタンパク質、アルデヒドなどと良好に結合することが知られている。また、昆布などから抽出される天然物由来のアルギン酸
は 2 価以上の陽イオンと鋭敏に反応してゲル化することが知られている。この 2 つの化合物を利用して、環境にやさしく機能性を持ったゲルを作製した。ここで内包した柿渋の溶出を抑えるため、柿渋を架橋し、高分子化してからゲルを作製した。重金属として亜鉛を用いた吸着実験では、良好に吸着することが確認できた。
Key words:多価フェノール、柿渋、タンニン、架橋柿渋、アルギン酸、重金属、吸着

１．緒言

２．２．ゲル作製方法
多価フェノール化合物(柿渋あるいは架橋柿渋) を蒸留水に溶解し、撹拌しながらアルギン酸ナトリウムを少しずつだまができないようにゆっくりと溶解させた。これを塩化カルシウム水溶液にスポイトを使い、ゆっくりと滴下して球状のゲルを作製した。滴下が終了したら、時々かき混ぜながらしばらく浸漬した。その後、ポリリシン水溶液、アルギン酸ナトリウム水溶液、クエン酸ナトリウム水溶液の順にそれぞれ軽く撹拌しながら浸漬することで目的のゲルを得た。なお、各処理の間にはろ過及び水洗を行った。図 1 にゲル作
製方法のフローチャートを示す。
3) 4)

ハイテクプラザでは、これまで漆粘土 1)やタンニン
系化成処理 2)などで積み重ねてきた研究で、タンニン
をはじめとする天然多価フェノール化合物の有用性を確認してきた。これらの研究成果の報道を受けて県内外から柿渋をはじめとした新たな化合物への活用を望む声が寄せられた。
福島県は柿の収穫量が多いことで知られており、柿渋は地域資源として豊富に存在していることから、この研究では天然多価フェノールとして柿渋を使用することにした。今回、我々は多価フェノールがもつ重金属、タンパク質、アルカロイドおよびアルデヒドなどと結合する性質に着目して、これらの吸着剤としての利用、開発に取り組むことにした。
吸着剤の効果的な利用と簡易な取り扱いを実現するには、まず柿渋を固定化する必要がある。柿渋とホルマリンを反応させることで柿渋を固定化する事例の報告がなされているが、ホルマリンは発癌性が疑われる物質であり、シックハウス症候群の原因物質の 1 つでもあり、人体や環境にやさしい材料とは言い難い。そこで、人体や環境を考慮した材料で固定化することを前提とした。
我々は、昆布などから抽出されるアルギン酸が 2 価
以上の陽イオンと鋭敏に反応してゲル化する性質があり、人体への悪影響もないことに着目した。2 価の陽イオンとしてカルシウムイオンを選択し、アルギン酸とカルシウムイオンのゲルに柿渋を内包させることで柿渋担持ゲルを作製し、その重金属吸着能を評価した。

多価フェノール化合物水溶液
アルギン酸ナトリウム
塩化カルシウム水溶液に滴下
ろ過、水洗
ポリリシン水溶液に浸漬
ろ過、水洗
アルギン酸ナトリウム水溶液に浸漬
ろ過、水洗
クエン酸ナトリウム水溶液に浸漬
ろ過、水洗
ゲル完成

図1

ゲル作製方法のフローチャート

２．実験方法
２．１． 試薬
ポリリシンは市販品をイオン交換樹脂カラムで精製したものを使用した。その他の試薬は全て市販品をそのまま使用した。

２．３． 架橋柿渋の調製
架橋剤を溶解した水溶液と柿渋を溶解した水溶液を室温で混ぜ合わせ、分離精製し乾燥させることで架橋
柿渋の粉末を得た。図 2 に架橋柿渋の粉末を示す。

- 59 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

図2

架橋柿渋の粉末

２．４． 分析機器と測定条件
ゲルの安定性評価は、凍結乾燥ゲル 0.02g をサンプル瓶に入れた蒸留水 5.0g に 7 日間浸漬し、ゲル及び浸漬水の色を観察した。
浸漬水の透過率を測定して色の変化を評価した。
(株)日立製作所製の自記分光光度計(U-4000)を用いて UV-Vis スペクトルを測定した。測定対象の浸漬水はろ過せず、そのまま測定に用いた。
重金属吸着実験は、凍結乾燥ゲル 0.30g を 300ml 三角フラスコに入れた 10mg/l の亜鉛水溶液 100ml に浸漬させ、室温で金属を吸着させた。続いて、ろ液中の残留亜鉛濃度を(株)堀場製作所製の ICP 発光分光分
析装置を用いて一定時間毎に定量することで評価した。

３．結果と考察３．１．柿渋ゲルの外観
図 3 に柿渋を内包させたアルギン酸ゲル(以下柿渋ゲルとする)を示す。アルギン酸とカルシウムイオン
によるゲル化反応で容易に球状の柿渋担持ゲルを作製することができた。アルギン酸のみのゲルは無色透明であるが、柿渋を入れることで柿渋の色である茶色をした透明性のあるゲルが出来上がった。今回、ゲルの扱いやすさ、保存性、気体吸着剤への応用を考慮してゲルを凍結乾燥した。凍結乾燥ゲルは色味にややばらつきが見られた。

燥した柿渋ゲルを水中に一定期間浸漬してゲルに戻してその安定性を評価した。図 4 にゲル安定性評価結果を示す。
ゲルの膨張は見られたが、割れや崩壊は見られなかった。ゲルは水を吸い、凍結乾燥前のゲルの状態に戻っていた。しかし、浸漬水は茶色に色づいており、明らかに内包物の溶出が見られた。このままでは、水溶液に浸漬した時に色をつけることになり、繰り返し使用する場合に性能の低下や取り扱いに支障をきたすと予想される。そこで柿渋の溶出を抑えるべく改良を行うこととした。

図4

ゲル安定性評価結果(左 ： 浸 漬 直 後

右 ： 7日 目 )３．３．架橋柿渋ゲルの外観
前述のように、アルギン酸ゲルに柿渋を内包させるだけでは溶出が見られた。そこで柿渋を架橋し、高分子化することによる溶出の抑制を検討した。使用する架橋剤の選定や柿渋との反応割合などについて検討し、得られた架橋柿渋(図 2)を使用してゲルを作製した。
図 5 に架橋柿渋を内包させたアルギン酸ゲル(以下架橋柿渋ゲルとする)を示す。架橋柿渋ゲルは、うす茶
色をしており表面が凸凹していた。柿渋ゲルよりも硬めになっており、透明性は見られなかった。

図5 架橋柿渋ゲル(左：凍結乾燥前、右：凍結乾燥後)
図3

柿渋ゲル

(左：凍結乾燥前、右：凍結乾燥後)

３．２．水中での柿渋ゲルの安定性液体用として使用する上で、ゲルの崩壊や内包物である柿渋の溶出がないことが重要であるため、凍結乾

３．４．ゲル安定性の比較
柿渋ゲルと架橋柿渋ゲルの凍結乾燥ゲルを用い、水中に一定期間浸漬して浸漬水の色および透過率を測定
し、溶出がどの程度抑制されたのかを比較した。溶出物の有無を簡易的に測定するために UV-Vis スペクトルを測定した。図 6 にゲルの安定性評価結果、図 7 に- 60 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

UV-Vis スペクトルを示す。

図6

1 時間後には約 30%の濃度減少が見られ、その後は緩やかに濃度減少が進んだ。24 時間後には 10mg/l あった濃度が 3.9mg/l に減少した。今回作製した架橋柿
渋ゲルは亜鉛に対して良好な吸着能を有していると言える。
郡山市の亜鉛及びその化合物の排出規制値は 4mg/l
5)
以下 となっている。今回、バッチ式であるが少量の架橋柿渋ゲルでこの規制値以下に濃度を減少させることができた。しかし、時間がかかるという課題が見えたことから今後、この点を向上させる必要がある。

ゲル安定性評価結果(7日間浸漬後)(左：柿渋ゲル図7

右：架橋柿渋ゲル)

４．結言
以上のことから以下の結果を得た。
天然多価フェノールである柿渋を架橋し、高分子化することで溶出を抑えた安定な球状のゲルを作製することができた。
亜鉛を用いた重金属吸着実験では、亜鉛を良好に吸着することが確認できた。
今後は他の重金属に対しても吸着実験を行い、金属の種類における吸着特性を確認するとともに吸着能のさらなる向上のための改良を検討する。また、タンパ
ク質やアルカロイドに対する吸着特性、気体吸着剤への応用なども検討する。

UV-Visスペクトル

架橋柿渋ゲルでは、浸漬水に色づきは見られず、溶出を抑えることができた。
また、柿渋ゲルと同様に割れや崩壊は見られなかっ
たが、柿渋ゲルより膨張は少なかった。内包物の違い
でゲルの膨張率が変化することがわかった。
このように、柿渋を架橋し、高分子化することで溶出を飛躍的に抑制することができた。
３．５．重金属吸着実験
架橋柿渋ゲルを用いて重金属吸着実験を行った。今
回は亜鉛に対する吸着能を測定した。図 8 に吸着実験結果を示す。

図8

参考文献
1)Osamu Watanabe、Katsumi Takeuchi："Plastic Shape
Material "Urushi-Nendo" Applying Lacquer Tree Paint"、
Bulletin of the Chemical Society of Japan、
pp.1789,1790、Vol.77 No.9 2004
2)植松 崇、渡部 修："亜鉛めっき皮膜上への架橋タ
ンニン酸化成処理皮膜の作製と耐食性評価"、表面技術、pp.160,161、第 58 巻 第 12 号 20073)"バイオリアクターの作成 －固定化酵母によるアルコ ー ル 発 酵 － "、http://www2s.biglobe.ne.jp/~nakacchi/jinkoikura.htm
4)岡田 直貴："細胞性製剤の設計・創製と細胞療法への展開"、薬学雑誌、pp.601-615、125(8) 2005
5) "郡 山 市 下 水 道 条 例 "、http://www2.city.koriyama.fukushima.jp/reiki/reiki_honb
un/c5040480001.html

重金属(亜鉛)吸着実験結果- 61 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告難分解性有機質を分解する酵素の開発 (Ⅰ)－好熱性コラーゲン分解酵素生産菌の探索－
Development of the Digestive Enzyme for Difficult Digestive Organic Matter (Ⅰ )-Search of the Thermophilic Bacteria Producing Collagenolytic Enzyme-

研究開発部プロセス技術グループ

大野正博

池田信也

バイオマスとしてのコラーゲンに着目し，コラーゲンを低分子化しコンポスト化するというバイオプロセスに利用可能なコラーゲン分解酵素の開発に取り組んでいる．そこで，バ
イオプロセスに利用価値が高い，至適pHが弱アルカリ域であり高温に耐性を持つコラーゲ
ン分解酵素の生産菌を分離した．その菌の培養液中のコラーゲン分解活性を測定したところ，pH 8.5に至適を持ち，耐熱性に優れていた．この生産菌の培養液が示す好熱性コラー
ゲン分解活性について報告する．
Key words: バイオプロセス，コンポスト，コラーゲン分解酵素，好熱性

１．緒言

Yeast Extract, 0.85 ％ NaCl, 0.5 ％ KH2PO4, 0.001 ％MgSO4･7H2O, pH 8.5 に調整) に 1.5 ％ 寒天を添加した培地を用いて好気条件下 70 ℃で培養し，環境中や有機性廃棄物発酵処理物から好熱性微生物を多数分離した．これら分離株を培養するため，GY 培地を改変した GY 改変培地 (1.5 ％ Bacto Gelatin, 0.5 ％ Bacto
Yeast Extract, 1.0 ％ Bacto Peptone, 0.85 ％ NaCl, 0.5％ KH2PO4, 0.001 ％ MgSO4･7H2O, pH 8.5 に調整) ，
あるいは Nutrient Broth 培地にさらに酵母エキスを加えた NB 改変培地（0.5 ％ Bacto Yeast Extract, 0.5 ％肉エキス, 1.0 ％ Bacto Peptone, 0.5 ％ NaCl, pH 8.5 に調整）を用いて 170 rpm の振盪培養を行った．培養する際には，培地に 1 白金耳植菌して前培養した後，対数増殖期の培養物から本培養培地に 1/500 量植菌した．
なお，Bacto Yeast Extract, Bacto Peptone 及び Bacto
Gelatin は Becton, Dickinson and Company 社から購入した．その他の試薬は，特に指定しない限り和光純薬工業（株）より特級グレードを購入して用いた．

コラーゲンは皮膚や骨，軟骨，腱，血管壁など動物の主要構造タンパク質であり，哺乳動物が持つタンパ
ク質では最も含有量が高い．細胞増殖や分化にも深く関係し，現在では化粧品や健康補助食品へ広く利用されている．一方，畜肉加工場や水産加工場では大量のコラーゲン含有廃棄物が排出されているが，そのほとんどは利用されずに焼却などにより廃棄処分されている．その廃棄物をバイオプロセスにより発酵分解しコンポスト化するにはコラーゲンを速やかに分解する必要があるが，コラーゲンは強固な線維構造をもつため一般的なタンパク分解酵素は直接作用することができない．
バイオプロセスへの利用を目的として分離されたコラーゲン分解酵素生産菌の例として，Tsuruoka らは酸性に至適 pH を持つ耐熱性コラーゲン分解酵素生産
1)
菌を土壌から分離した ．また，Okamoto らは至適
pH が中性域であり至適温度が 60 ℃であるコラーゲン
分解酵素を生産する細菌を土壌中から分離した 2)．
微生物による発酵分解プロセスにおいては発酵熱に２．２．コラーゲン基質分解試験
より発酵物が高温になる上，発酵生成物により pH がコラーゲン分解活性の指標として，Azo 色素結合性変動する．一般的なコンポスト化装置では，アミン類のコラーゲン粉末である
Azocoll (Calbiochem 社製)の生成により発酵物 pH が弱アルカリ域で推移するこを 基 質 と し て 使 用 し た ． Azocoll 25 mg， 4 mMとが多い．しかし，上記の分離菌はいずれも，高温か
Tris-HCl（pH 8.5），Tween 80 2.5 mg，適宜希釈したつ弱アルカリ性というコンポスト化条件に適したもの
培養上清を混合し，最終液量が 2.5 ml となる反応溶ではなかった．そこで，コラーゲン高含有廃棄物の高液組成とした．あらかじめ反応温度で保持しておいた
速コンポスト化に利用することを目的として，至適反応溶液に酵素溶液を加え，反応を開始させた．60
pH が弱アルカリ域であり，かつ高温に耐性を持つコ
分間インキュベートした後，直ちに反応液を氷冷する
ラーゲン分解酵素の取得を目指した．今年度，目的のコラーゲン分解生産菌を各種環境中から検索した結果， とともに 1M 酢酸バッファー（pH 4.5）を 5 ml 加え反応を停止させた．分解活性は，反応後の上清の 540
コンポスト化条件に適したコラーゲン分解酵素生産菌
nm における吸光度の増加から見積もった．
を得たので，その分解特性について報告する．
また，Ⅰ型コラーゲンの分解試験では，ウシアキレ
ス腱由来コラーゲン（Sigma-Aldrich
社製，Collagen
２．材料と方法
from bovine achilles tendon）を基質として用い，2 mg
２．１．微生物及び培養条件
3)の基質に対し 1 ml の培養上清を 80 ℃で 1 時間作用さ
GY 培地 （1.5 ％ Bacto Gelatin, 0.01 ％ Bacto
せた．

- 62 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

３．結果と考察
３．１．好熱性コラーゲン分解酵素生産菌の分離と選択
環境中や有機性廃棄物発酵処理物から多数の好熱性
微生物を分離した．分離した微生物が持つコラーゲン
分解活性を確かめるため，Nutrient Broth 培地，GY 培地，GY 改変培地といった各種培地を使用して分離株を 12 日間培養し，各培養上清中の Azocoll 分解活性を測定した．分離した株のうち，4-1-2 株，4-2-1 株，
1-B-6-B 株に高いコラーゲン分解活性が見られ（図1），いずれも培養上清中に高い活性が存在していることから，細胞外にコラーゲン分解酵素を分泌していることが示唆された．4-1-2 株における GY 培地培養
上清中の分解活性はインキュベート温度 60 ℃付近に活性のピークが存在したが，80 ℃ではほとんど活性が検出されなかった．一方，4-2-1 株と 1-B-6-B 株については，インキュベート温度の上昇とともに分解活性が上昇し，80 ℃付近まで活性が上昇した．高温領域で長時間の耐久性を維持するためには，80 ℃付近
で活性が高い株の方に優位性があった．そこで，インキュベート温度 80 ℃においてコラーゲン分解活性が高かった 4-2-1 株について，培養上清中のコラーゲン
分解特性を詳しく調べた．
なお，分離した株の分類学的特徴については，研究継続中であることから記載を控える．

4-2-1 株は培養 6 日間で活性が最大になり，その後徐々に減少していった．培養日数の経過に伴う急激な活性低下は見られず，タンパク質分解酵素によるコラー
ゲン分解酵素の急激な分解やコラーゲン分解酵素タン
パク質の急激な変性は起きていないことが示唆された．
酵素を精製して酵素製剤として利用する場合には酵素の効率的な生産性を考慮する必要があるが，その際には培地の組成など培養条件を検討することで一定量の酵素生産に必要な日数を短縮できるかもしれない．

図 2

4-2-1株培養液上清中のコラーゲン分解活性の推移
pH 8.5 にて Azocoll を 1 時間分解させたときの相対活性値で示した．培養6日間での活性を100とした．

３．２．培養上清中のコラーゲン分解活性特性
インキュベート温度 80 ℃においてコラーゲン分解
活性が高かった 4-2-1 株について，NB 改変培地を用
いて 50 ℃で振盪培養し，培養上清中の 80 ℃におけるコラーゲン分解活性を測定した（図 2）．その結果，

図 3
図 1

分離株培養液上清中のコラーゲン分解活性に対する温度の影響

4-2-1株培養液上清中のコラーゲン分解活性に対するpHの影響
80 ℃にて Azocoll を 1 時間分解させたときの相対活性値で示した．培養6日間での活性を100とした．

pH 8.5 にて Azocoll を 1 時間分解させたときの相対活性値で示した．80℃のときの活性を100とした．

- 63 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告３．３．コラーゲン分解活性の反応pH依存性
4-2-1 株について 80 ℃での反応 pH 依存性を調べた結果，NB 改変培地を用いて 60 ℃で 12 日間振盪培養を行った培養液上清中の至適 pH は 7.6 から 8.7の領域にあった（図 3）．一般的に，有機性廃棄物を発酵分解させた際には，アンモニア等のアミン類の生成により発酵物の pH が pH 8 前後の弱アルカリ域で推移することが多い．4-2-1 株培養液の至適 pH は，
有機性廃棄物発酵分解環境と合致する弱アルカリ域であり，発酵分解システムへ利用するための必要条件を満たしていた．
３．４．Ⅰ型コラーゲン基質に対する分解活性
動物由来のコラーゲンは 20 数種類のタイプに分類されているが，もっとも存在量が多く普遍的なタイプ
であるⅠ型コラーゲンに対する分解活性を調べた．
4-2-1 株について NB 改変培地を用いて 50 ℃で 4 日間振盪培養し，その培養上清とウシアキレス腱由来Ⅰ型コラーゲンを混合し，80 ℃で 60 分間インキュベートした．その結果，ウシアキレス腱由来Ⅰ型コラー
ゲンの固形物は目視で確認できないまで分解された（図 4）．コラーゲンタンパク質の線維が培養上清中の分解酵素により切断されたと考えられるが，コラーゲンの巨大分子が分子レベルでどのように切断されるのかについては不明であり，今後詳しく調べる必要が
ある．

ブランク

培養上清

インキュベート前

図 4

ブランク

培養上清

80℃, 60分後

4-2-1株培養液上清中のウシⅠ型コラーゲンに対する分解活性いる酵素を単一に精製し，酵素工学的に詳しく解析する予定である．標的とする酵素の性質を調べることで，その実用性を明らかにし，コンポスト化システム高機
能化のための酵素の利用を目指す．

謝辞本研究を実施するにあたり，試料の採取にご協力いただ

いた福島大学共生システム理工学類産業システム工学専攻の佐藤理夫教授，並びに本宮市白沢有機センターの方々に深く感謝いたします．また，研究を遂行するにあたって，実験のサポートをしていただいた福島県ハイテクプラザ臨時技能員の安藤由花さん，田平ともみさんに深く感謝いた
します．

参考文献
1) Tsuruoka, N., Isono, Y., Shida, O., Hemmi, H.,
Nakayama, T., and Nishino, T., Int. J. Syst. Evol.
４．結言
Microbiol. 53, 1081-1084, (2003).
コンポスト化条件に適したコラーゲン分解酵素生産菌を探索し，取得した株の中から 4-1-2 株，4-2-1 株， 2) Okamoto, M., Yonejima, Y., Tsujimoto, Y., Suzuki,
Y., and Watanabe, K., Appl. Microbiol. Biotechnol. 57,
1-B-6-B 株を選抜した．これらのうち，4-2-1 株の培
103-108, (2001).
養液上清は 80 ℃の高温においてコラーゲン分解活性
3) Nakayama, T., Tsuruoka, N., Akai, M., Nishino, T. J.
が高く，さらに至適 pH は 7.6 から 8.7 の弱アルカリ
Biosci. Bioeng. 89, 612-614, 2000.
領域であった．これらの特徴は，有機性廃棄物を発酵分解させる際の条件として好ましいものであった．
4-2-1 株について，NB 改変培地を用いて 50 ℃で振盪培養したところ，培養上清中のコラーゲン分解活性は培養 6 日間で最大になり，その後徐々に減少していった．培養条件と活性の消長については，培地の組成等の条件を検討することでさらに酵素の生産効率を高めることができるかもしれない．
また，微生物酵素を大量に生産する際には，酵素が菌体外に分泌されれば細胞の破砕が不要となり，酵素の精製工程が簡略化される．分離した株はいずれも細胞外に分解酵素が分泌されていると考えられることか
ら，酵素を大量に生産する上では工業的に有利と言える．
今回の試験では，粗酵素液である培養上清を用いて試験を実施したが，今後，コラーゲン分解に寄与して- 64 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

拡散容器における機能性膜の支持体用織物の開発
Development of cloth for support body of functionality film in diffusion chamber
福島技術支援センター
富士システムズ株式会社

長澤浩 三浦文明 野村隆
佐藤耕司郎 片山正徳

東瀬慎

佐々木ふさ子

富士システムズ㈱ではシリコーンを利用した研究開発、商品化に取り組んでいる。その中でも細胞培養や人工臓器に用いられる拡散容器（Diffusion Chamber）の機能性膜（以下シ
リコーン薄膜という）にシリコーンを用いる研究開発を行っているが、シリコーンだけでは伸縮性が大きく充分な機能性が出せないために膜の支持体が必要になる。支持体に求められる性能は、絹のような医療の分野で使用されている素材で薄い織物が望ましいことから、地場の企業の製織技術を利用して、拡散容器の機能性膜のための支持体用織物開発を行った。
Key words:シリコーン薄膜、拡散容器、機能性膜

１．緒言
シリコーンは、液体や気体の透過性を利用して医療分野に利用されている。これから模索されている利用用途の一つとして拡散容器の機能性膜が挙げられる。拡散容器の機能性膜とは、容器の中の細胞と外界とを隔てる膜をいい多孔質の膜である。

意 の大き さの 孔を 開ける こと ができ 、素材 そのもの は非常 に安 定的 で隔離 膜と して非 常に優 れた性能 を持つ が、 柔ら かいた めに 孔径が 安定し ない欠点 がある 。そ こで 、孔径 を安 定させ るため にシリ
コ ーン薄 膜に 支持 体が必 要と なる。 支持体 に要求さ れる条 件と して 、生体 適合 性のあ る素材 が望ま
し く、身 体の 動き に耐え られ る強度 があり 薄いこと 、など が挙 げら れる。 そこ で、現 在使用 されてい る支持 体用 の織 物を調 査し 素材や 織物設 計を検討 した。 また 、福 島県の 川俣 、飯野 地方は 他産地に ない薄 地の 製織 技術を 持っ ている ので、 そこで地 場の織 物業 者の 協力を 得な がら当 所の糸 加工技
術 と企業 の製 織加 工技術 を結 びつけ て支持 体用の織物の開発に取り組んだ。

２．研究内容図１

拡散容器概念図

拡散容器の用途としては人工膵臓などがあげられる 。こ れまで の ところ肝 臓 、膵臓 などの 高度な機能 を持 ってい る 臓器その も のの再 生は実 現され
てい ない が、肝 細 胞、膵細 胞 などを 幹細胞 から分化誘 導す る技術 は 確立され つ つある 。分化 誘導された 細胞 を移植 す るだけで 治 療でき る患者 もいるが、 この 種の細 胞 移植で常 に 問題に なるの は拒絶反応 であ る。拒 絶 反応を引 き 起こす のは免 疫担当
細胞 や抗 体など の 分子量が １ ０万以 上と比 較的大
きい 物質 である 。 一方で、 細 胞の育 成に必 要な酸素、 栄養 分、生 活 活性物質 な どは分 子量が 小さい
ので 、高 分子量 の 物質の透 過 を選択 的に阻 止する
膜が 必要 になっ て いる。現 在 、研究 されて いる多孔質 の膜 素材で は 、長期間 の 使用に おいて 剥離な
ど の 現象 が 起き る た め に使 用時 間に 限界が ある。
シリ コー ン薄膜 は 均質膜で 物 理的な 処理に より任２．１．支持体用織物の条件
支持体用織物として用いる場合の条件は下記の３点である。
１．素材はシルク
２．織物の糸と糸との間隔が１.５～２.０ｍｍ
３．織物の接結点の厚さが１０μｍ以下

１.５~２.０ｍｍ

糸と糸の間隔：１．５～２．０ｍｍ

１.５~２.０ｍｍ

素材：シルク

接結点厚さ：１０ミクロン以下

図２

支持体用織物と条件

２．２．支持体用織物試織の問題点
支持体用織物を作るに当たり問題点を下記の通り整理してみた。

- 65 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告１．メッシュ状の織物なので経糸本数が少い。このため、準備工程や製織工程時の経糸に荷重がかかり経糸が切れてしまいやすいことから、経糸のテンション管理が問題となる。
２．織り上がった織物も糸がスリップしやすいために、規定の糸間隔を保持することが困難である。
３．従来の織物の接結点の厚みは６０～７０μ mであるのに対して、今回、織物の接結点の厚さを１／６の１０μ m にするのは技術的に困難である。
２．３．問題点の解決方法
そこで、これらの問題点を克服するために、次の方法で支持体用織物を試作した。
１．製織の際にタテ、ヨコともシルク繊維間にダミー糸を挿入し弱い経糸張力を補強し、かつ、密度を大きくすることでシルク糸のスリップを防止する。
２．製織後にダミー糸を除去することにより、規格上のメッシュ織物にする。
３．その後、精練加工を施しセリシンを除去することにより、所定の厚さにする。
この解決方法をイメージ化したのが図３、図４である。

図３作を行った。ダミー糸として、レーヨンを使用した。
３．１．試織条件
織物設計書は以下のとおりである。
素 材
経糸、緯糸
①シルクカバリング糸
芯糸 生糸１０（中）レーヨン１００（ｄ）
鞘糸 レーヨン１００（ｄ）×２②ダミー糸レーヨン ３００（ｄ）
使用筬
３７．９羽／曲寸（１２．５羽／ｃｍ
通し巾
４０．０ｃｍ
総羽数
５００（羽）
地 ４７６(羽）、耳２４(羽)一羽引
地 ２本、耳 ４本
込本数
総本数 １，０４８本
経糸本数
シルクカバリング糸 １９０本
レーヨン
８５８本
組織図
図３参照
緯糸密度
２５（本／ｃｍ）
３．２．織物写真
３．１．の条件で試織した織物を図５、図６に示す。
図６でシルクが認識出来るよう染色（紺色）し、糸間隔を測定したところタテ、ヨコとも１．９４ｍｍだった。図６では、シルクが入っている部分がわかるよ
うに赤線で示してある。

ダミー糸の入った織物（黄色：シルク経糸、水色：シルクの緯糸、
黒色：ダミー糸）

図５

図４

ダミー糸（レーヨン）の入った織物

ダミー糸除去後の織物（黄色：シルク経糸、水色：シルクの緯糸）

３．支持体用織物試作

図６

前述の問題点の解決方法に基づき支持体用織物の試- 66 -

ダミー糸（レーヨン）の入った織物（図５）拡大図（赤色部分にシルクが入っている）

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告３．３．オパール加工（レーヨン除去）
３．２．の試織した織物はレーヨンが入っているた
めにオパール加工により除去した。オパール加工条件を下記に示す。
オパール加工条件
デンプン
６０％
グリセリン
５％
硫酸バンド ２０％水
１５％
除去工程としては、上記の割合で作った酸性糊を除去する部分に塗り、高温処理（１５０℃で４０分ベーキング）後に、水洗いにて脆化したレーヨンを除去した。オパール加工後の織物写真を図７、図８に示す。
図８で糸と糸の間隔を測定すると、２．０ｍｍで当初の条件である１．５～２．０ｍｍをクリアした。

精練加工後の支持体用織物の電子顕微鏡写真を図９に示す。
図９の接結点の厚さを測定したところ２０μ m であった。２０μ m は、フィラメント糸一本の厚さが１０μ m なので丁度二本が重なった厚さである。条件は接結点の厚さを１０μ m にすることなので、化学的に薬品で更に細くする方法と物理的にフィラメント糸を膨潤させた状態で高い圧力をかけて規定の厚さにする方法を考えているが、これは次年度の課題とする。

図９

精練後の電子顕微鏡写真

４．結言

図７

図８

今年度は、ダミー糸にレーヨンを使用した支持体用織物を試作し、必要３条件のうち素材と糸間隔の条件
はクリア出来たものの接結点の厚さの条件で問題を残したが、ある程度の目処がついた。
次年度の課題として下記の３点について研究を行う予定である。
１．接結点の厚さ問題を解決する。
２．この支持体用織物を共同研究企業に提案し、シリコーン膜加工と評価試験を行ってもらい、この評価試験結果をフィードバックして目的とする支持体用織物を完成させる。
３．水溶性繊維を使用した支持体用織物をはじめ、新たなる支持体用織物製織法も検討してみる。

レーヨン除去後の織物

レーヨン除去後の織物（図６）拡大図

３．３．精練加工
オパール加工後の織物は、シルクにセリシンが付着しているために精練加工してセリシンを除去して、目的の支持体用織物を試作した。
精練加工条件（石けん精練）
前処理
４０℃で３０分 浸漬
精 練
マルセル石けん
１５％ O.W.F 浴比１：５０
９７～９９℃ ２時間
洗浄１
炭酸ナトリウム
１％ O.W.F 浴比１：５０
８０～９０℃ １０～１５分
洗浄２
０．５％ O.W.F 浴比１：５０
５０～６０℃ １０～１５分- 67 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

伝統工芸技術の融合によるユニバーサルデザイン製品の開発
Development of universal design product by uniting traditional craft technology

会津若松技術支援センター産業工芸グループ

出羽 重遠
山崎 智史

小熊 聡
須藤
水野 善幸

靖典

ユニバーサルデザイン、健康指向・安全指向から自然由来の素材・加工技術による製品が社会的ニーズとして高まってきている。この状況を受けて、県内の伝統工芸産地の潜在技術や立地条件を活かし、単一素材・技術では製造不可能だった高機能ユニバーサルデザ
イン製品を実現するため、陶磁器と漆器・木製品の融合技術の開発研究や技術蓄積と共に新しいデザイン展開について提案することができた。
Key words : 伝統工芸技術、ユニバーサルデザイン、サスティナブルデザイン、二重鋳込み技術、陶胎漆器

多人数の中の個人に対して「自分（My）だけ毎回（My）の食・触・色・飾器」を提案することができ
県内の伝統工芸産地（図１、本研究では南会津編
組品産地は除く）では、需要の低迷を続けている一方、 た。

１.緒言

それぞれの産地では化学合成物質とは無縁の自然由来の素材・加工技術が根幹になっている。この潜在技術を活かしたユニバーサルデザイン、健康指向・安全指向のものづくりによる製品を要望する社会的ニーズが深まっている。 特に、伝統技術によるものづくりの確かさに加え、最新テクノロジーによる生産性や ユニ
バーサルデザインを取り入れた商品等の開発が望まれており、漆工・窯業・木工など県内に散らばる産地間における伝統工芸技術の新連携による融合技術を研究し、確立することによって高品質のユニバーサルデ
ザインやサスティナブルデザイン製品が実現でき、需要喚起が可能となる。
従来から、木と漆は密接な関係を持ち、盛んに商品開発がなされているが、陶磁器と漆、陶磁器と木を組み合わせた商品は、素材同士の密着性や膨張率、加工精度の違い等から積極的な商品開発が行われないまま
今日まできている。
本研究では、陶磁器の成形性や焼成後の陶磁器表面の機能性を最大限に活かしながら、漆の加飾性や木質
材の温もり感を併せ持つ製品開発のための技術の確立を行った。さらに、木質材との組み合わせによって機能性と温もりのある触感や加飾性を併せ持った製品展開が可能となった。 このデザイン展開コンセプトを「Ｍｙしょく器」と名付け、家族の中の個人、施設等

２.研究内容陶磁器の成形性、焼成後の機能性を活かしながら、漆の加飾性や木質材の温もり感を併せ持つ製品開発のため、次の項目について研究を進めた。
①陶磁器（釉薬）表面と漆の密着技術の確立②陶磁器の活用範囲を広げる二重構造の高精度鋳込み技術の確立③これら①②の技術を活かし、ユニバーサルデザイン
を念頭に木質材と陶磁器を組み合わせた製品の開発
検討
2.1.陶磁器（釉薬）表面と漆の密着技術の確立
陶磁器に塗装すること自体は漆、化学塗料を問わず大変困難なものであり、施釉磁器表面に均一な塗膜を作ることと塗膜乾燥後に塗膜がはがれない密着状態を形成できるかが鍵となる。
塗膜の密着状態確保としていくつかの方法があるが、ここではプライマー剤を塗布する方法について検討を行った。
表１.陶磁器板による密着試験

陶磁器板（会津本郷粘土・５０mm角）による
クロスカット密着試験
磁器板仕上げ焼き締め無釉

プライマー種類

図１.県内伝統的工芸品産業産地指定箇所

プライマーＴ－－－

プライマーＨ

加温１２hr ○焼き締め施釉加温３hr ×＋常温２４hr ○加温１２hr ○無釉、施釉の５０ mm 四方の陶磁器板を使い、プライマー剤数種類を塗布し、塗装を行いクロスカット
密着試験によって密着度の評価を行った。最終的には- 68 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

表１のとおり、作業性を加味した結果、プライマー H
が良好な結果を示した（図２）が、施釉や焼成の条件が微妙に違えば密着度も変わる可能性があり、毎回施工時に密着度を確認する必要があると思われる。

術の確立が必要であり、現時点ではもう一段階のレベルアップが必要である。
器は底に４カ所の鋳込み穴があり、これを塞ぐと同時にテーブルやお盆等を傷つけないための処理として漆による処理を行った。（図５）

図２.プライマー処理による塗膜密着
図５.鋳込み穴の状態と漆による処理

処理の結果は、実用性と共に加飾性についても評価が高いが、一般的には底の見えない所に、この処理を行うことが最良とは考えにくく、加飾として一見して平成16年度１）、平成17年度２）に実施したユニバー
解る位置に鋳込み穴を移動し、加飾性と穴を塞ぐ処理
サルデザイン製品（食器）の開発研究をとおして、歴史的に培われた機能性は元より、人の手になじむ形状、 が合致しても違和感のない位置や機能性について検討を行った。（図６）
使いやすい形状を実現する素材として陶磁器は優れて

2.2.陶磁器の活用範囲を広げる二重構造の高精度鋳込み技術の確立いると同時に、高重量や高熱伝導率といった欠点があることを認識している。ユニバーサルデザイン的に理想形状を製作しつつ軽量化や低熱伝導を実現する手段
として、鋳型による二重構造がある。この二重鋳込み技術を最大限利用して内側が丸い形状で、外側が四角い形状を有機的に組み合わせたデザインの試作品を図３に、その内部、二重構造を図４に示す。
図６.鋳込み穴の移動や機能性の検討

検討の結果、上縁に鋳込み穴を設け、漆による処理を行った試作例が図７である。

図３.内と外、異なるフォルムの食器の試作品

図７.鋳込み穴を上縁に変更し、漆処理

2.3.ユニバーサルデザインを念頭に木質材と陶磁器を組み合わせた製品の開発
図４.二重構造内部

高精度鋳込み成形技術については、鋳型による鋳込
み成形の制約や薄肉厚による成形において形状の変形があり、質の高い製品を製作する上で高精度鋳込み技

2.3.1.基本コンセプトの検討
陶磁器と木製器に注目し、ユニバーサルデザインを念頭に、使用者にとって最良の形状や素材、使用される環境や設備について総合的に検討した結果、次の項- 69 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

目の基本コンセプトを設定した。
2.3.3.Ｍｙカップのデザイン検討①密着性や膨張率、加工精度の違い等から問題があり、「Ｍｙしょく器」のアイテムの中で、「Ｍｙカップ
衛生面や使い勝手から接着はしない。
について」試作を行っ②内側の陶磁器は他の使用者（施設等）と一緒に洗浄た。（図１０）内側の・乾燥することができる。
共有部分は磁器による③内側・外側の素材（陶磁器・漆器・木製器）、色加
薄肉厚仕上げとした。
飾等は自分好みの組み合わせができる。
外側の個人使用部分④家族の中の個人、施設等多人数の中の個人に対するは、木製で食用着色剤
自分（My）だけの食器を提供を基本に「自分（My）
による着色を行い、色だけ毎回（My）の食・触・色・飾器」を提案する。
譜漆による摺漆仕上げを行った。内側と外側
2.3.2.Ｍｙしょく器のデザイン検討
を軽く固定する勘合機
デザインコンセプトを元にデザインの検討（図８）
能は設けなかったが、を行った。この中で、「Ｍｙカップ」であったり「Ｍ実用上支障は出ないか
図１０.Ｍｙカップの試作品
ｙ皿」における外側の個人使用の部分と内側の共有部と考える。バリエー分は接着しないが、特に、カップについては、使用時ションとしては、内側の陶磁器に漆塗装や加飾を施しにおける支障の有無が明確ではなく、理想的には軽くたり、内側も木製（一般家庭向け）にしたり、内外の勘合する構造を採らなければならない可能性がある。
色を変えた組み合わせ等を検討し、他のアイテムにつ
外側の個人使用の部分については、色や加飾と共に、 いても試作を行う予定である。
表面の凸凹等形状もある程度自由に設定できる。

３.結言

図８.コンセプトに基づいたデザインの検討

次に、今後の製品開発における基本デザインの検討を行った。製品のアイテムとしては、カップ、小鉢、皿を基に、デザインの確認を行った。（図９）

図９.カップ、小鉢、皿等食器の検討

陶磁器（釉薬）表面と漆の密着技術の確立について
は、随時確認は必要であるが、技術的に問題はなく、
陶胎漆器、あるいは陶磁器の漆加飾として製品開発に活用予定である。
陶磁器の二重構造の高精度鋳込み技術の確立については、もう一段階のレベルアップが必要と思われ、製品開発におけるデザイン検討、試作をとおして確立を目指す。
木質材と陶磁器を組み合わせた製品の開発について
は、「Ｍｙしょく器」のコンセプトを基に一般家庭を含め、介護施設や医療施設等での需要に対応すべく研究を進めたいと考える。
技術移転については、陶磁器、漆器関連企業においてこれまで手がけていない商品となるので、すぐに技術移転は無理と思うが、市場性のある製品とするべく研究を進めれば、スムーズな技術移転は可能と考えて
いる。

参考文献
１）「食卓回りを中心とした食器・家具の開発」
出羽重遠、福田寿寛 福島県ハイテクプラザ試験
研究報告平成１６年度 pp.80-82 2005
２）「食卓回りを中心とした食器・家具の開発」（第２報）
出羽重遠、福田寿寛、須藤靖典、山崎智史、
水野善幸 福島県ハイテクプラザ試験研究報告平成１７年度 pp.80-82 2006

- 70 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告戦略的ものづくり技術移転推進事業
公募型ものづくり短期研究開発事業

「牛の張り子」の商品開発
Article development of "the harito of the cow".
会津若松技術支援センター産業工芸グループ

竹内克己

福島県中小企業団体中央会より、會津野沢民芸品製作企業組合の新商品開発の支援を行
い、組合の活性化に積極的に取り組みたいという要請があり、平成２１年の干支商品である「牛の張り子」の商品開発を行なった。企業から要望されたデザインイメージに従って、２種類のデザインをし、試作品を提案した。
Key words: 民芸品、張り子、干支となるような物を探した。

１．緒言
會津野沢民芸品製作企業組合は、昭和３５年から民芸品を製造しているが、張り子は最盛期には年間２５万個売れていたが、最近は１０万～１２万個と、最盛期の半分に落ち込み、組合の活性化が急務となっている。低迷の原因には、（１）、東北地方で売れなくなった。
（２）、定番商品が少ない。
（３）、主力商品の干支の張り子は、販売開始から商品寿命が３ヶ月で終わってしまう。年間を通して販売できるデザインではない。
（４）、関東以西、京都などが主要なマーケットであるが、販売地域にデザインが対応できていない。
等があげられる。
そこで福島県中小企業団体中央会より、新商品開発を行い、組合を活性化させたいので協力して欲しい、という要請を受けて、平成１９年度公募型ものづくり
短期研究開発事業で、平成２１年の干支の商品「牛の張り子」の商品開発を行うことになった。

２．商品開発図１ 牛香合図２ 赤べこシンプルなデザインの元として、図１と図２を参考にして、一体型と首ふり型の２種類を試作することにした。
民芸品の張り子は、赤べこに代表されるように、素朴で古くさいイメージがあり、観光土産品として販売量が減少傾向を示している。若者が好むような雑貨店に置いても、キャラクター製品として成立するように、「可愛い」をテーマにデザインを考えた。
造形は「まる」を基本形にして、アレンジし、特に首ふり型は体を球形にし、毎年違う干支の頭だけを変えることで、新商品が出来るように考え、デザインを行った。

２．１．デザインコンセプト
今回、企業から要望された商品のデザインイメージの条件は、以下の３点である。
（１）、素朴で目立つ。
（２）、俳画風な表現。
（３）、模様は９筆以内で描ける。
デザインコンセプトとして、以下の３点を考慮した。
図３ 一体型 大・中・小図４ 首ふり型 大・中・小（１）、「可愛い」をテーマに、シンプルで暖かみの２．３．彩色のデザイン
あるデザイン。
今回のデザインでは、形をシンプルにし、色彩も複（２）、正月前後しか売れない干支の張り子を、年間雑にしないように考え、白の体に金色、赤色、黒色のを通して売れるようなデザインにする。
三色で絵付けをし「陽気、おめでたい、ハッピー」な（３）、会津地方独特の赤べこのイメージから脱却でイメージを強調しました。
きるようなデザインで、色の配色や形の変化等、顔の表情は全国の郷土玩具の中に、栃木県の図 5
アレンジ展開が容易にできるよう考え、デザイン「牛のり天神」があり、これを参考にして、素朴で楽をする。
しい表情を考えた。
２．２．形体のデザイン
過去の商品から、今回のデザインコンセプトに参考- 71 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

図５ 牛のり天神

図８ デザイン提案をもとに製造した企業の商品

２．４．開発手法の考察
現在、市場で流行っているような、雑貨のトレンドイメージを形にした、新鮮な商品を開発するためには、
過去から行われている民芸品作りを発展させ、コンピュータを利用したデザイン開発手法の導入が望まれている。
今回のデザイン支援を通じて、デザイン力や造形力
といったものに依存する商品開発を行う場合、多くの例として、市場動向に対する的確な分析力と、具現化するための臨機応変なデザイン力が、企業に不足するケースがあると考えられた。

３．結言

図6 一体型 大・中・小

會津野沢民芸品製作企業組合とは数度の事前調査と打ち合わせをし、企業の能力を最大限に活かすデザイン
コンセプトを考え、「可愛い」をテーマに、最近の雑貨のトレンドイメージに合うようデザインした。
その結果、「牛の張り子」の一体型（大・中・小）と、首ふり型（大・中・小）の２種類をデザインして、試作品を提案した。

参考文献
１．図１「香合の美（ﾓﾝﾄﾘｵｰﾙ美術館所蔵）」展図録（2000 年）
２．図５ 郷土玩具の杜（栃木県）ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ
図7 首ふり型 .大・中・小- 72 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

動的に負荷分散するロードバランスサービスの構築
Development of dynamic load balancing service
研究開発部 システム技術グループ 平山和弘・高樋エヌケー・テック株式会社 荒川直高

昌

近年、テレビ等のマスメディアと連動したインターネットサイトが多くなっているが、これらのサイトでは、短時間でアクセス数が急増し、応答が遅れたり接続が不可能になるといった問題も発生している。既にインフラとしての機能を持ち始めているインターネッ
トサイトにおいて、サービス停止を防ぐことはサービス提供業者にとって大きな課題になっている。一方、これらの問題を解決するための専用ハードウェアは高価であり、中小企業が導入するのは困難である。
そこで、既存の設備を流用することを前提として、過負荷時に動的に負荷分散するロー
ドバランスシステムを構築した。過負荷実験を行ったところ、動的負荷分散によりサービス提供不能を回避できることがわかった。
Key words：動的負荷分散、ロードバランス、ネットワーク、Xen、LVS、Nagios

１．緒言
インターネットの普及により、パソコン、携帯電話を問わずインターネット利用者数は伸び続け、それに伴いホームページ等のインターネットサイトへのアクセス数も増加し続けている。近年では、テレビやラジオ等のマスメディアと連動したサイトも見受けられるようになってきたが、マスメディアによって告知、PR されたサイトは、短時間でアクセス数が急増し、応答が遅れたり接続不能になるといった問題も発生している。
既にインフラとしての機能を持ち始めているインタ
ーネットサイトは、365 日 24 時間稼働を期待され、
サービス停止を防ぐことはサービス提供業者にとって大きな課題になっている。
この問題を解決する手法の一つに、集中する負荷を複数のサーバに分散するロードバランサを導入する方
1）
法 がある。しかし、ロードバランサは一般的に高価であり、しかも、問題が頻発するわけではなく年に 1
度あるかないか程度の頻度で、継続時間も 30 分程度と短い。このような状況で高価なロードバランサを導入するのは中小企業にとってきわめて不経済であり、高いハードルとなっている。従って本研究では、既存の装置、技術を利用し、急激に増加する負荷に耐えサービスを提供し続けられるロードバランスサービスの構築を行う。

２．システムの構築
発生する問題の程度を見てみると、通常は 1 台のサーバ(メインサーバとする)で十分サービスを提供できており、問題発生時でも応答遅延が発生するもののサービス停止には至らないことが多い。従って 2 台(メインサーバ+サブサーバとする)でサービスを提供す
れば問題を回避できると考えられる。そこで、本研究では以下の３つの既存技術を用い、ロードバランスサ
ービスを構築した。概要を図１に示す。
・LVS(Linux Virtual Server) 2)による負荷分散サービス－サーバの生存確認(死活チェック)を行い、過高負荷時にメイン対サブの分散比率を 1 対 1 として負荷分散を図る3)・Xen によるサーバ仮想化技術－１つのハードウェア に複数の OS(仮想マシン)を構成する技術であり、管理用 OS から仮想マシンの起動・停止を自由自在に行えることを応用し、動的負荷分散を実現する
4)
・Nagios によるメインサーバの状態監視– メインサーバの負荷チェックを行う– サブサーバの起動、停止を行う

図1

システムの概要

動作状況は以下のとおりである。
①通常の負荷が少ない状態では、メインサーバだけで配信処理を行う（同時に常時 LVS によるサーバの死活チェック）②常時 Nagios により仮想化サーバ上でメインサーバの負荷チェック(WEB コンテンツの提供のみを前提に構築したため、CPU 負荷をチェック項目とした)③メインサーバ過負荷検知時(CPU 負荷 80 ％超時)に、Nagios により仮想化サーバ上にサブサーバを起動
し、LVS により 1 対 1 のバランスサービスを行う④設定した継続時間(ここでは 30 分)を経過した場合、- 73 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

Nagios によりサブサーバを停止しメインサーバによる通常配信処理に戻る
本システムの大きな特徴は、Xen を用いることにより、メインサーバが複数台に増えても、1 台の Xen サーバ内に複数のサブサーバを構築できるため、新たに負荷分散用のハードウェアを準備する必要がないことである。
なお、①～④の動作は自動的に行われ、管理者は動作状況の変化をメール等で受け取るほか、図 2 の監視
画面で動作状況を確認することも可能である。

実験結果を図 3 に示す(グラフの縦軸は 1 秒あたりの処理リクエスト数× 0.1 の表示であることに注意)。
無負荷の状態では 660 ～ 730 件(平均 700 件)処理できていたが、サーバ負荷をかけると 80 ～ 150 件(平均
110 件)まで低下している。しかし、サブサーバが起動しロードバランスが始まると 130 ～ 270 件(平均
200 件)まで増加していることがわかる。過負荷状態
でロードバランスさせるとほぼ倍の処理ができていることから、少なくとも「接続できない」といったクレームには対応できるものと思われる。

４．結言
通常は単一サーバとして機能し、過負荷時に動的に負荷分散するロードバランスシステムを構築した。本システムに対し負荷実験を行ったところ、意図通りの負荷分散を行い、サービス提供不能を回避できることがわかった。
基本的な動的分散機能を備えたロードバランスシス
テムの構築はできたが、実運用に向け下記に示す様な課題を解決する必要がある。
・ロードバランサ部分の負荷集中対策－ロードバランサの多重化
・サーバの詳細な状態把握－ CPU 状態以外のサービス低下要因の可能性－サービスチェック、サーバの死活チェック等
図2 全サーバの状態監視
・サーバのコンテンツ同期
３．負荷実験
－ネットワーク越しの RAID 機能実現によりメイン
サーバ、サブサーバのコンテンツ常時同期
メインサーバが過負荷状態になった場合の動作状況
・SSL 通信（ショッピングサイト等）への対応
および負荷低減の程度を確認するために負荷テストを－レイヤー７対応のロードバランサ導入
行 っ た。 負 荷 テ ス ト には WEB サ ー バ テ ス ト用 の
なお、本システムは既存のハードウェアを生かし、
ApacheBench を用い、下記の条件で行った。
・1 つのテキストファイル(15kByte)を同時接続数 200、 既存の技術を利用するため、ネットワーク技術者であれば基本的な構築は容易である。
総リクエスト数 100,000 でアクセスする
・上記の負荷がかかっているときに、別 PC から同じ
謝辞
ファイルをアクセスした場合に、一秒当たりどの程本研究の遂行にあたり、貴重なご助言を賜りました
度のリクエストを処理できるか計測する
日本仮想化技術株式会社 代表取締役社長兼 CEO であり株式会社びぎねっと 代表取締役社長である宮原 徹
氏に深謝いたします。
参考文献
1)泊 正和："サーバ負荷分散 ～仕組み、サイトの構築事例、技術動向～",Internet Week 2005 チュートリアル2)安 井 真 伸 ： "LVS で 実 現 す る ロ ー ド バ ラ ン サ",WEB+DB PRESS vol.37,61 ～ 67(2007)
3)http://xen.org："Xen 3.0 Documentation"4)http://www.nagios.org： "Nagios Version 3.x
Documentation"
図3

負荷実験結果- 74 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告レジンコンクリートの特長を生かした高付加価値プランターの開発
Development of a Large size Resin concrete Planter with Self Watering System
研究開発部 プロセス技術グループ
安齋弘樹 池田信也
会津若松支援センター 産業工芸グループ 出羽重遠 山崎智史
吉田工業株式会社
吉田秀次 山田和求
レジンコンクリートは高強度、非透水性という特長がある。この特長を生かし、給水時の水や雨水を貯水することで数週間育成可能なプランターの開発をを行った。その結果、無給水で５０日間の育成が可能となった。同時にプランターのデザインについても検討を行い、季節や場所を選ばない使い勝手の良いものを提案することが出来た。
Key words:レジンコンクリート、セメントコンクリート、保水性、デザイン性

１．緒言
近年スーパーマーケット等において、大型のセメン
トコンクリート製プランターを車の侵入防止や駐車場の区画整理のために使用するニーズが増えている。従来のプランター栽培では、根腐れ等の防止のため余分な水分を排出しており、給水間隔が短く、業務用では自動給水が必要であった。従来の自動給水は、ポンプや電磁バルブを用いるものがほとんどであり、水道料
金に加え電気料金の負担が必要であった。また、貯水についても、従来のセメントコンクリート製の大型プ
ランターは、素材の透水性が高いためプランター自体の貯水能力が低く、貯水用タンクを別に設置する必要があり、スペース効率的にも問題があった。
そこで我々は、通常のセメントコンクリートの代わりに、強度や非透水性に優れるレジンコンクリートを素材に用いて、プランター自体を貯水タンクにするとともに、根腐れを防止し、電気を全く使用しない給水システムを開発した。図１に機構のイメージ図を示す。
この新規機構とレジンコンクリート製プランター（以下、ＲＣプランターとする）を組み合わせて、一度給水した後に長期間無給水での植物育成試験を行った。また、店舗の前に設置されることを考慮して、プ
ランターのデザインについても併せて検討を行った。

ンジー８本を使用し、給水は実験開始時に８ℓ行い、その後は給水を行わなかった。
また、ＲＣプランターは非透水性のため雨水等により土壌が水に浸ることもあるため、給水機構を設置せず、ドレインを設けないもの（以下、プランターＢとする）と、セメントコンクリートに植栽した場合を想定し、給水機構を設置せずにドレインを設けたもの（以下、プランターＣとする）についても上記と同条
件で育成を行った。給水量は、プランターＢについて
は土壌が水に浸る程度、プランターＣについては８ℓ行ったが、プランターＣでは、ほとんどがドレインから排水された。図２に実験開始時のプランターの様子を示す。
実験期間は、５０日とし、実験場所は、雨水による影響を受けないように屋内とし、直接日光が当たらない場所に設置した。実験期間中の温度および湿度は表１に示すとおりである。

(a)プランターＡ(b)

プランターＢ(c)

プランターＣ

給水、雨水

蒸散

放置
図１

給水のイメージ図

２．実験
２．１． 実験方法開発した給水機構を設置したＲＣプランター（以下、プランターＡとする）（容量４０ℓ）に草花を植栽し、無給水で育成可能な日数の把握を行った。草花は、パ- 75 -

図２

実験開始時のプランターの様子

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

表１

実験中の温度・湿度変化
温度(℃)

湿度（％）

平均

１７．４

５７．９

最高

２７．４

８５．５

最低

９．７

４３．９

２．２．実験結果
実験途中（３５日目）および実験終了時（５０日目）の各プランターの状態を図３から５に示す。
実験開始後１０日後には、プランターＢのパンジー
は、根腐れにより全てしおれていた。その他のプラン
ターには、異常が見られなかった。
３５日後では、プランターＣにおいて、ほとんどのパンジーがしおれた状態となっていた。一方、プラン
ターＡにおいては、しおれているのもが３本程度ある
が、その他のパンジーは茎が伸長し、異常は見られなかった。
５０日後は、どのプランターでも新たにしおれたものは無く、３５日目と大きな差は見られなかった。プ
ランターＡのパンジーは、５本程度が青々と正常に育成しており、給水機構を用いることで長期間無給水で育成可能であることが確認出来た。
また、実験終了時のプランターＡのパンジーの様子を図６に示すが、茎や根等に異常が見られなかった。

(a)

３５日後
図３

(b)

図６

プランターＡの５０日後のパンジー

２．３．プランターデザイン
レジンコンクリートは、セメントコンクリートに比べ、厚さを１／３程度とすることが出来るため、形状の自由度が高く、樹脂の種類を変えることで色彩も変更でき、接着材等によりパネルの貼り付けも可能といった特長を持つ。
通常のセメントコンクリートでは、施工厚が厚くなるためプランターのＲ形状作製に多くの制約があり、設置形状に合わせた配置が著しく限られていたが、レジンコンクリートでは曲率の小さなＲ形状等も作製できるため、設置形状に合わせて設置することが出来る。
図７に３ＤＣＧによる設置イメージを示す。この形状においても、開発した給水機構は設置可能である。

５０日後

プランターＡの状態

図７

３ＤＣＧによる設置イメージ

３．結言
(a)

３５日後
図４

(a)

３５日後
図５

(b)

５０日後

プランターＢの状態(b)

給水機構を付加したレジンプランターにパンジーを８本植栽し、無給水実験を行った。これにより、５０
日間無給水で育成することが可能であることが確認出来た。
デザインについては、標準形状（四角形）をベースに行ってきたので一般的なものを中心に提案した。本
プランターは季節や場所を選ばない使い勝手の良い製品になるものと考えられ、節水や省力化を必要とする事業所への販売が見込まれる。

５０日後

プランターＣの状態- 76 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

UV インク硬化プリンターの小型化
Downsizing of UV-Curable Ink Printer
研究開発部 材料技術グループ
植松 崇 渡部 修
研究開発部 システム技術グループ 尾形直秀
東洋エレクトロ株式会社
荒川範雄 加藤友和
小型で低価格な UV インク硬化プリンターの開発を目指し、現行のプリンターが大型となる主要素であった UV 照射装置を、低出力で小型なものに置き換えられないか検討を行った。UV 光源に殺菌灯やブラックライトを利用する装置を試作し、これを用いて印刷物の硬化実験を行った。その結果、現行より長いおよそ 15 秒の照射時間で指触評価では問題ない程度に印刷物を硬化できることがわかったが、同時に硬化時間の増加により硬化不良が引き起こされる可能性があることも示された。
Key words: UV インク, プリンター, 小型化, 低出力, 硬化度評価

１．緒言
UV 印刷は、素地を選ばずプラスチックや金属などへ直接印刷でき、また被膜強度が高いなど多くの特徴を有していることから、近年広く普及が進んでいる。
一方で UV 印刷に必要なプリンターは、瞬時にインクを硬化する目的で高出力な UV 照射装置を備えているため、熱やオゾンの発生に対処する必要があり大型で大変高価である(図 1)。そのため、大量印刷などの用途以外では装置の導入は難しく、また印刷コストも高いことから、低価格で扱いやすい小型プリンターの開発が望まれている。

２．２．硬化度評価方法
本研究では低出力な UV 照射装置により印刷物の十分な硬化が可能かを判断をするため、硬化度を適切に評価できる方法が必要である。そこで、今回用いた
UV インクについて利用可能な方法を調査検討し 1)、
鉛筆硬度試験、スチールウール試験、メタノールラビ
ング試験、碁盤目テープ試験、ダイナミック硬さ試験
及び指触が適用できることを確認した。

図 2 硬化度評価方法(左：指触、右：メタノールラビング試験）

図1

現行のＵＶインク硬化プリンター例

そこで、本研究では UV 照射装置をより低出力なもので代用することにより、排熱や排気に関する装置を必要としない小型で低価格なプリンターの開発に取り組んだ。今回、光源として互いに照射光の波長域が異なる殺菌灯とブラックライトを用いた低出力な UV 照射装置を試作し、これを用いて印刷物を十分に硬化できるかについて検討を行ったので報告する。

２．３．低出力ＵＶ照射装置の試作及び照射強度測定
殺菌灯あるいはブラックライトを 3 本並列に設置できる UV 照射装置の試作を行った(図 3)。反射板には
紫外域での反射特性を有するアルミニウム製のものを簡易的に利用した。
また、照射強度測定は各光源に対して適切な波長感度を持つ UV センサーにより行った。その際、測定位
置は 3 本のライトの中央線上とした。

２．実験
２．１．供試材
一般的な用途を想定し、条件の簡略化から、UV イ
ンクはコニカミノルタ IJ(株)製の黒色インクのみを用
い、印刷素地には PET フィルムを用いた。また、殺菌灯には National-GL-10(10W, 254nm)を、ブラックラ
イトには National-FL10BL-B(10W, 352nm)を用いた。

図3

試作のＵＶ照射装置

２．４．低出力ＵＶ照射装置による硬化実験
現行のＵＶインク硬化プリンターで印字のみ行った- 77 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

ものを素早く試作装置に運び入れ、照射距離 5mm でＵＶ照射を行った。また、基準となる完全硬化した比較物として、現行のＵＶ照射装置(メタルハライドラ
ンプ 2kW）により約 1 秒照射したものを準備した。
なお、硬化度評価には、試験環境や汎用性を考慮し、指触とメタノールラビング試験を用いた。

３．結果と考察３．１．照射強度
図 4 に照射強度の測定結果を殺菌灯とブラックライ
ト別に示す。殺菌灯ではおよそ 1~2mW/cm2、ブラックラ イトでは 5~10mW/cm2 で あり、現行装置が約100mW/cm2 であることと比べて 1/10~1/100 の低い値であった。したがって、このような低出力 UV 照射装
置では、照射強度の低さを補うために、照射距離を十分に近く設定することがより重要になると考えられる。

表2

ブラックライトでの硬化実験結果

しかし、一方でメタノールラビング試験では図 5 の赤枠内に見られるように比較物ではなかったインクの剥離が両光源ともに見られ、さらに照射時間を長くしても改善することはなかった。この原因としては、空
気中の酸素による反応活性種の失活や熱の影響などが考えられるが、長すぎる硬化時間は一種の硬化不良を引き起こす可能性があることを示していると考えられる。

図5

硬化試料(赤枠内はメタノールラビング試験後）

４．結言

図4

照射強度測定結果

３．２．硬化実験
表 1、表 2 にそれぞれ各光源での硬化実験の結果を示す。また、図 5 には代表してブラックライトにより20 秒 UV 照射した試料の写真を示す。殺菌灯ではおよそ 10 秒、ブラックライトではおよそ 15 秒で指触評
価では十分な硬化が得られた。このことは、1 秒程度である現行装置と比べれば長いが、照射強度が低い場
合でも照射時間を長くとることにより硬化は可能であることを示しているものといえる。
表1

殺菌灯での硬化実験結果

本研究では、UV インク硬化プリンターの小型化を目的として、UV 照射装置の低出力化に取り組んだ。
その結果、殺菌灯やブラックライトを光源として検討を行い、現行の 1/10~1/100 の出力でも、照射距離を十分に近く、また照射時間を長く設定することで、指触評価では問題無い程度に印刷物を硬化できることがわかった。しかしながら、硬化時間が増加することで一種の硬化不良が生じうることも同時に判明した。
今回は、光源やインク等の検討範囲を大きく限定して実施したために系統的な議論とはならなかったが、今後検討範囲を広げるとともに、コストと性能との兼ね合いなど市場からの要望も適切に判断し反映させていくことで、より実用性のあるプリンターの開発に繋がっていくものと期待される。
参考文献
1) 樹脂の硬化度･硬化挙動の測定と評価方法；サイエ
ンス＆テクノロジー社, 2007.

- 78 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

ステンレスパイプ溶接部の疲労破壊特性評価方法の確立と溶接条件の最適化
Establishment of Testing Method for Fatigue Properties on Stainless Pipe,and Optimization for Welding Condition
企画支援部 連携支援グループ
関口工業株式会社

工藤弘行
吉田 豊

製品形状に対する振動疲労試験において、加速度測定、ひずみ測定を組み合わせた方法を用いることで、一定の負荷応力を与えること、微視的破壊を早期に検知することができた。
この結果、従来に比べ、より定量的な疲労破壊特性評価(Ｓ－Ｎ曲線の取得)が可能となり、適切な溶接施工条件の範囲を判断することができた。
Key words: 疲労試験、振動荷重、破壊力学、CAEなど形状的な特徴部位では応力集中が発生するため、測定している応力と、実際に破壊に至る位置での応力
自動車部品に代表されるような長時間振動を受け続が異なるという問題点があり、一般の疲労試験結果をける製品は、共振の影響などにより過大な荷重負荷となり疲労破壊を生じるケースが多いと言われる。また、 そのまま利用することができない。
本研究では、両端でコネクタ部品を隅肉溶接したス
製品の溶接部は、溶接部止端や、溶接欠陥など応力集
テンレス製パイプ製品を対象とした。溶接部止端をひ中が生じる形状的な特徴や、溶接熱により熱影響部なずみ測定位置とし、この位置での応力振幅を疲労試験
ど金属組織的な特徴部位が形成される。このため、溶における条件設定に用いた。この手法は、局所ひずみ
接部は、他の部位に比べ破壊の危険性が高く、溶接部
1)による評価方法として知られるもので、特に複雑な構の強度特性を評価することが極めて重要となる。
造物に対して有効である。2)
製品の疲労特性試験としては、共振振動を利用した

１．緒言

ものが一般的である。共振振動は製品固有の周波数で振動が極大となる現象であり、実現象で問題となる場合が多い。共振振動試験では、試験条件は加振機の制御周波数、加速度によって設定されるが、結果として生じる応力の程度は製品の振動特性に大きく左右されたため、条件設定が困難である。また、共振点前後では複雑な挙動を示すことから、安定した応力負荷ができないという問題点がある。さらに、破壊の程度についての評価方法についても、決まった方法がないのが現状である。
本研究では、製品に対する振動荷重疲労試験を行う
際に加速度測定、ひずみ測定を組み合わせた方法を用いることで、安定して試験をする方法、定量的な評価を行う方法について、検討を行った。また、溶接条件の異なる製品群に対して、疲労試験・評価を行い、適切な溶接条件を把握することを目的とした。

２．２．応力負荷方法の検討
予備試験として、広く行われる加振機の制御周波数
を製品の共振周波数に合わせて固定させる手法を実施した。その結果、数分経過後に、徐々に加速度、ひずみが低下する現象が観察された。この時、負荷応力が大きいほど、短時間で急激な低下となり、長時間安定した応力負荷ができない状況であった。一定の振動条件に対し、応答が変化するということは、振動工学的に見ると製品の共振特性が変化したことが考えられる。
そこで、疲労試験中の共振周波数の変化を調査した。
図１は測定例だが、すべての測定条件で、負荷回数の増加に伴う共振周波数の低下が確認された。よって、加振機の制御周波数と製品の共振周波数の乖離が原因
で、安定した応力負荷ができなかったと推察される。

２．試験方法および評価手法
２．１．試験方法
材料の疲労特性を知るための一般的な疲労試験は、定形の試験片を対象に専用の試験機で行われるため、一定の荷重負荷で実施される。また、単純形状であることから、均一な応力分布となる。これに対して、製品形状に対して行われる疲労試験は、形状が複雑であるため、応力分布が均一ではない。また、溶接部止端- 79 -

図１ 負荷回数と製品の共振周波数の関係

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

以上から、本研究では、製品の共振周波数の低下に同調するように非常に小さな挿引速度で制御周波数を低下させる手法を実施した。複雑な構造物の場合、その共振周波数は剛性マトリクス、質量マトリクスで決まる。共振周波数が低下するということは、剛性特性に影響を与える構造上の変化（微視的破壊、亀裂の発生、成長）があったと理解すべきである。よって、破壊力学的な観点を適用し、1回の荷重変動ごとに少しずつ亀裂が成長し、共振周波数が低下していると推測する。亀裂成長の速度は、ある範囲において応力振幅と比例的な関係があることが知られており、比例係数
も材料の種類によって決まる材料特性値となる。3)このことは、適切な試験速度を選択することで、安定した試験ができる可能性を示唆するものである。
２．３． 破壊基準評価方法の検討
一般の疲労試験は破断に伴う荷重低下という明確な基準があるが、製品試験ではどのように破断を判断す
るか明確ではない。本研究では、破壊の程度を共振周
波数の低下量としてとらえることとした。これは、前述した破壊力学的観点の適用によるものである。
疲労試験による共振周波数低下量を1～10Hzとした複数の製品を用意し、提案企業で染色浸透探傷検査、水没試験を実施した結果、亀裂の大きさと共振周波数の低下量との相関が確認された。
この評価方法により、従来のように亀裂の状況確認のために何度も試験を中断することもなく、従来より定量的な評価が可能となる。

また、90 N/mm2 負荷条件では、10７回まで繰り返
し荷重を負荷しても、破断、亀裂進展が観察されない
疲労限度を把握することができた。この条件では、試験初期の段階で共振点が低下せずに停滞する現象が見られた。この現象は、疲労限度を極めて早い段階で判断できる手がかりとなり、試験時間の大幅な短縮の可能性があることを示唆している。
３．２．ＣＡＥ解析による検証（応力解析）
疲労特性評価の妥当性を検討するために、ＣＡＥ解析を行った。解析は振動荷重による影響を調べるため、
周波数応答解析とした。
図３は応力分布を示したものである。最大応力位置の仮想断面図と拡大図を図示したが、最大となるのは溶接部止端の切欠き形状位置表面であり、応力集中の影響によると考えられる。また、最大応力位置は破断発生位置とほぼ一致した。最大応力はひずみ測定位置の1.4倍ほどであることが確認された。

図３ ＣＡＥ解析結果(左：仮想断面図、右：拡大図)

４．結言
製品に対する振動疲労試験において、加速度測定、ひずみ測定を組み合わせた方法ならびにＣＡＥ解析を行うことで、以下の知見・結果が得られた。

３．試験結果と考察
・従来の一定周波数で加振をする方法に代わり、製品
３．１．疲労特性試験の共振周波数の低下に合わせて非常に小さな挿引速度
製品の疲労破壊特性を把握するために、複数の溶接で加振機の制御周波数を低下させる方法により、従来
条件試験体を対象に疲労試験を行った。応力条件は、
290、100、110、120、130、140 N/mm の 6 条件とした。 よりも安定した応力振幅負荷を与えることができた。
・破壊の程度を共振周波数の低下量として評価するこ破壊基準は、探傷試験の検出限界から共振周波数 5Hzとにより、試験を中断することなく定量的な評価が可低下に相当する破壊とした。
能となった。
図２に振動疲労試験結果を示す。 同一の試験・評・上記の試験方法、評価方法に従った疲労試験により、価方法で実施した結果、通常の方法で見られるばらつ
きの程度は低減し、S-N曲線挙動を得ることができた。 疲労破壊特性評価(Ｓ－Ｎ曲線の取得)が可能となった。
また、一部条件で疲労限度を把握することができた。
・ＣＡＥ解析により、ひずみ測定位置での応力と破断発生位置での応力に、どの程度の差があるかを確認することができた。

図２ 振動疲労試験結果

参考文献
1)溶接・接合便覧，（社）溶接学会
2)鯉渕ら：“製品開発のための材料力学と強度設計のノウハウ”，日刊工業新聞社
3)東郷ら：“材料強度解析学”，内田老鶴圃

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平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

蜂蜜酒「ミード」における製造管理技術の確立
Establishment of production control technology of a mead.
会津若松技術支援センター 食品技術グループ 高橋 亮 鈴木賢二
有限会社峰の雪酒造場 佐藤利也

櫛田長子

蜂蜜酒「ミード」製造において蜂蜜のみを原料とした場合、アルコール分が3％程度で発酵が停止してしまう問題があるが、発酵条件を最適化することで、目的とするアルコール分
11％生成を達成し、さらに活性炭により酵母臭を軽減し、蜂蜜本来の香味を有したより高品
質なミード製造技術の検討を行った。
Key words : 蜂蜜酒、ミード、製造管理、活性炭

１．緒言
蜂蜜を発酵させた蜂蜜酒「ミード」はワインやビー
２．２．モロミ及び製成酒成分分析
ルと同様に古代より存在し、ヨーロッパを中心に愛飲
Brixの測定は屈折糖度計(ATAGO社製)、アルコールされており、ハネムーン(蜜月)の語源ともなっている。 濃度の分析はアルコメイトAL-2型(理研計器株式会社
ミードは通常、蜂蜜を水で希釈し、酵母を接種して発製)を用いた。
酵させる方法がとられるが、蜂蜜のみを原料として発２．３．官能評価
酵させることは難しく、酵母が栄養不足に陥り、アル官能評価は3点法(1:優～3:難)にて行い平均点を算
コール分が3％程度で発酵が停止してしまう問題があ出した。パネラーは当所酒類関係職員4名で行った。
る。そのため通常、麦芽や穀類、果汁等が加えられ、発酵する方法がとられるが、蜂蜜本来の香味が消失し３．試験結果及び考察たり、異臭が付与されてしまう問題があり、蜂蜜のみ
３．１．初発酵母添加数の検討
を原料とする詳しい製造管理技術は確立されていない。
酵母に対する栄養不足による発酵停止を回避する手
そこで、本研究では会津ブランドの自然食品としてミ段として、仕込時の初発酵母添加量を増やすことで酵ードを特産商品化を目指し、国産蜂蜜である奥会津特母増殖に消費される栄養を節約させる点に着目し、初産「栃の木蜂蜜」のみを原料とした場合でも健全な発発添加酵母数の検討を行った。初発添加酵母数による酵経過により市販酒と同等の11％程度までアルコール
アルコール生成経過を図１に示した。その結果、発酵を生成させ、さらに蜂蜜本来の香味を有したより高品
経過に顕著な差がみられ、発酵期間30日間で目的とす質なミード製造技術について検討を行った。
るアルコール濃度11％に到達するには1×108cells/ml
以上の酵母密度を必要とすることが確認できた。

２．実験方法
２．１．小仕込試験
原料蜂蜜は使用予定の会津産「栃の木蜂蜜」を用いた(写真1)。小仕込試験は1段仕込(使用酵母 K-901)で行い、遠心分離(9000rpm 5min)にて上槽後、オムニテ
ストフィルター(ポアサイズ0.4μ K.TSUKAMOTO社製)で濾過し、63℃達温にて火入れを行い製成酒とした。

３．２．初発Brixの検討
初発Brixの検討ではBrix30以上でアルコール発酵がやや抑制される傾向となったが、25以下では一定とな
り官能評価結果の最も高いBrix25を最適条件とした。

写真1 原料蜂蜜・発酵モロミ・製成酒- 81 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告３．３．発酵温度の検討
発酵温度の検討では20℃において発酵が旺盛となるが、香味のバランスが崩れ官能評価が著しく低下したため発酵経過、官能評価ともに良好な15℃を最適条件とした。

３．５．モロミのアルコール分とBrixの関係
発酵経過におけるモロミ中の生成アルコール濃度とBrixの関係を図4に示した。酵母増殖を伴わない単発
酵であるミードのモロミではアルコール濃度値とBrix
値の和が一定、さらに初発Brix値となることが明らかとなり下記の式が成り立つことを確認できた。この式を用いることでモロミのアルコール濃度の把握には屈折糖度計によるBrix測定のみで済み、モロミ管理にかかる手間の軽減が可能となった。
「アルコール濃度 + Brix ＝ 一定(初発Brix)」

４．結言
３．４．活性炭使用量の検討
酵母大量添加により生じた酵母臭除去、及び香味調
整のため活性炭添加量の検討を行った。その結果、活性炭添加量が多いほど香味及び色が薄くなる傾向とな
り、0.01％添加条件で余分な蜂蜜臭、酵母臭を除去す
ると同時に適度に蜂蜜らしい色が残り官能表評価が最も高くなったことから最適添加量とした。

蜂蜜本来の香味を有したミード製造のため蜂蜜のみを原料とする場合、初発添加酵母数を1×108cells/ml
以上とすることで酵母の栄養不足による発酵停止を回避することができ市販酒と同等のアルコール濃度11％程度まで生成可能となった。発酵条件について検討したところ初発Brix25、発酵温度15℃が最適条件となり、さらに適度な活性炭使用(0.01％)により酵母臭を除去することができ、香味のバランスがとれたより高品質なミード製造が可能となった。また、発酵経過におけるモロミ中のアルコール濃度値とBrix値の和が一定、さらに初発Brix値となることが明らかとなり、Brix測定のみでモロミのアルコール濃度が把握できることが確認できた。

写真2 活性炭使用量による色の変化- 82 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

科学研究費補助金事業

ポリオレフィン表面への機能性微粒子の簡便な固定法の開発－微粒子固定における基材結晶性の影響－
Development of a Facile Method for the Fixation of Functional Fine Particles to Polyolefin Surfaces-Effect of Substrate Crystallinity on the Fixation of Fine Particles to Polyolefin Surfaces-

いわき技術支援センター

材料グループ吉田正尚

本研究ではその化学構造から着色等の表面修飾が困難なポリエチレン基材が何故シラン系結合剤と微粒子を分散した液相中に浸漬するだけで微粒子が基材表面に固定されていくのかを基材結晶性を中心に検討した。即ち微粒子を固定可能なポリエチレン糸を熱処理により結晶性を低下させると微粒子は固定出来なくなり、逆にｎ-テトラコンタン(ポリエチレンのモデル分子)を高度に結晶化させると微粒子を固定出来た。微粒子は基材
表面のラメラ晶上に島を形成し、そこを起点に板状に広がり被覆していくと思われた。
Key words:ポリエチレン、微粒子固定、結晶配向性、ｎ-テトラコンタン、結晶ラメラ構造

１．緒言

ポリエチレン(以下ＰＥと略す)等のポリオレフィン(以下ＰＯと略す)類は一般にその化学構造から表面不活性であり、後加工による着色等の表面修飾が非常に困難な材料である。ＰＯの表面修飾は、原着法やコロナ放電処理法等が提案されているが、これらの方法では顔料等の微粒子がＰＯ基材内部に分布したり、またその処理によりＰＯ自体が傷む為に物理的特性が低下
しＰＯ本来の強度が発揮できない欠点があった。そこで、シラン系結合剤と機能性微粒子を含む液相中でＰＯ基材表面に微粒子を固定する、ゾルゲル法を基にした独自の手法を開発した。この方法によるとＰＥ糸にダメージを与えること無くＷ微粒子を固定し高比重化することができることを前回報告した1)。今回はＰＯ基材に何故表面修飾できるのかを考察する為、ＰＯ基材の結晶性の高低と微粒子の付着性の関係及びそれら結晶性の異なる各ＰＯ基材表面状態と微粒子固定の影
響ついて検討した。

２．実験

２．１．結晶性の異なるＰＯ基材への微粒子固定実験
結晶性の異なる各ＰＯ基材を作製し、機能性微粒子としてタングステン(Ｗ)微粒子(高純度化学㈱製、平均粒径０．６μｍ)を用い、結合剤である 3-ﾒﾀｸﾘﾛｷｼ
ﾌﾟﾛﾋﾟﾙﾄﾘｴﾄｷｼｼﾗﾝ(シラン系結合剤)の１％水溶液中にＰＯ基材とＷ微粒子を同時に投入し、ＰＯ基材表面にＷ微粒子を固定してＰＯ基材全体を高比重化することを試みた。(以下この操作を高比重化処理とする)
２．１．１．熱処理の有無による実験
ＰＯ基材としてＰＥ糸(東洋紡績㈱製ダイニーマ)を用いた。ＰＥ糸をその融点である１５６℃以上で熱処理(真空中１８０℃２時間)を行い結晶性を低下させた試料(図１(b))とＰＥに熱処理を行わない試料(図１(a))で高比重化処理を行いそれぞれのＷ微粒子固定量を比較した。

図１

各ＰＥ糸のＸ線回折像(左)と高比重化処理後(右)図２

結晶性の異なるn-ﾃﾄﾗｺﾝﾀﾝ(左･中)Ｘ線回折像(右)２．１．２．ＰＥモデル分子を用いた実験
直鎖アルカンのｎ－テトラコンタン(CH3(CH2)38CH3和
光純薬工業㈱製)を用いて基材結晶性の異なる試料を作製し同様の高比重化処理を行った。ｎ－テトラコン
タンはＰＥ高分子を短く切断したＰＥのモデル分子であり、融点８１℃以上の溶融状態から液体窒素による急冷により非晶質試料(図２(b))、降温速度0.3℃/hで大気中除冷により結晶性の高い試料(図２(a))が得られ、基材の結晶性の影響を検証することができる。
２．２．ＰＯ基材表面の観察
Ｗ微粒子固定の可否はＰＯ基材表面にどのような特徴があるのか、またそのＷ微粒子が固定されていく成長過程を以下の機器分析により検討した。
２．２．１．走査型プローブ顕微鏡(SPM)による観察
ＰＥ平板(作新工業㈱ニューライト NL-W)を２．１．
１と同様に熱処理を行い、熱処理の有無で各ＰＥ基材
表面の状態がどう変わるのかをＳＰＭ(島津製作所㈱製 SPM-9600)により観察した。

- 83 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

図３

結晶性の異なるｎ-ﾃﾄﾗｺﾝﾀﾝ基材のＷ固定量の違い

図５

高比重化処理開始から３分後(a-1,2)、１０分後(b-1,2)、１２０分後(c-1,2)のＳＥＭ観察

３．２．２．ＳＥＭによる微粒子固定過程の観察
図５にＳＥＭ観察によりＰＥ平板基材にＷ微粒子が固定していく成長過程を示す。Ｗ微粒子はＰＥ高分子が結晶化したラメラ晶部分を足場として始めに島を形成し、その島を起点として板状に拡がり他の島と融合しながらＰＥ基材表面全体を被覆していくと思われる。
図４

熱処理無しのＰＥ平板基材のＳＰＭ形状像(a)位相像(b)
Ｘ線回折像(c)、熱処理有りのＰＥ平板基材のＳＰＭ形状
像(d)位相像(e)Ｘ線回折像(f)４．結言

以上を検討した結果、下記の知見を得た。
１）初めＷ微粒子が固定出来たＰＯ基材でも結晶性が低下するとＷ微粒子は固定されず、逆に本来Ｗ微粒子
２．２．２．走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を固定出来ないアルカン分子でも結晶性を高めるとＷ
Ｗ微粒子がＰＥ平板に固定されていく過程を時間毎
微粒子が固定された。これにより基材結晶性の程度がにＳＥＭ(日本電子㈱製 JSM-7000F)により観察した。
Ｗ微粒子固定に影響を与えていると思われた。
２）Ｗ微粒子を固定出来る結晶性が高いＰＯ基材表面
３．結果と考察には結晶ラメラ構造が存在し、熱処理を施すと結晶ラメラ構造が消失しＷ微粒子は固定出来なった。
３．１．１．熱処理の有無の影響
３）Ｗ微粒子がＰＯ基材に固定されていく様式は始め
初めはＷ微粒子を固定出来たＰＥ糸も予め熱処理しにＷ微粒子がＰＥが結晶化したラメラ晶部分に島を形て結晶性を低下させた試料(図１(b))では高比重化処成し、その島を起点として板状に拡がるように基材表理を行ってもＷ微粒子を固定できなくなり(図１右)基材結晶性の低下は微粒子固定を困難にすると思われる。 面を被覆していくことが示唆された。
今後は微粒子固定機構の更なる検討と本技術を利用
３．１．２．基材結晶性の影響した工業製品の実用量産化２）、並びに本技術がＰＯ基結晶性の高低に差があるｎ－テトラコンタンでは、結晶性が低い試料に比べ、結晶性が高い試料の方にＷ材以外の他の高分子材料についても適用できるかどう
微粒子が多く固定できた(図３)。ゆえにＷ微粒子固定
かについても検討する。
には基材の高い結晶性が必要であると考えられる。
３．２．ＰＯ基材表面の機器分析の結果と考察
謝辞
３．２．１．ＳＰＭによる観察
本研究でご指導ご協力頂きました福島大学共生シス
図４にＳＰＭ像とＸ線回折像を示す。熱処理無しのテム理工学類の佐藤理夫教授に深謝致します。
ＰＥ平板基材表面には形状像(a)及び位相像(b)を見るとその微構造として上下方向に配向したＰＥ高分子の参考文献
結晶ラメラ構造の凹凸が確認出来た。一方、熱処理し
1）吉田正尚：平成１８年度福島県ハイテクプラザ試
た試料では形状像(d)及び位相像(e)を見ると熱処理に験研究報告、pp.51-53、2007より前述の結晶ラメラ構造が消失しており、その結果、 2）特許取得：”釣り糸の微粒子コーティング”
微粒子固定の足場となる凹凸を失うことにもなりＷ微特許第 4011588 号
粒子固定が困難になると考えられる。

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平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

調査研究開発事業

植物生育促進のための微生物資材の開発
Development of microorganism materials for plant growth promotion
研究開発部

プロセス技術グループ

池田信也、大野正博、渡邊真

会津桐は福島県の特産品であるが、生育障害などによって桐材の生産量が激減している。
我々は会津桐の生育不良に関して、従来から原因として示唆されている栽培土壌中の微生
物の変化について調査研究を行った。
Key words:桐、土壌微生物、DGGE 法、微生物群集解析

１．緒言
微生物農薬や微生物資材は「環境対応型アグリ資材」として、現在アグリ市場で注目されている分野である。これまでにもいくつかの微生物農薬や微生物資材が市場に出ているが、福島県の土壌（地域）や特産品（会津桐など）に適合した微生物資材の開発はこれまでになされていない。
そこで、我々は近年、植栽苗の生育障害等により、生産量が激減している大沼郡三島町の特産品である会津桐に注目し、これらの土壌、品種等に適合した微生物資材の開発により、会津桐の生育促進に取り組んで
いる。

２．実験
２．１． 調査地
まず、本調査研究を実施するにあたり、三島町役場に調査候補地の選定を依頼した。
その結果、三島町の行う「会津桐畑地植栽モデル林整備事業」で選定する栽培地を、本調査研究調査地とすることとした。
三島町役場で、連作地、新作地問わず、桐の栽培に協力していただける場所を公募したところ、9 件の申し込みがあった。現地調査の上、重機の入れない場所等を選外として、計 6 カ所を調査地とした。調査地は
下記のとおりである。
表1 調査地
符号
A
B
C
D
E
F

地

名

川井字下仲の原
川井字下原
川井字西割沢
名入字下上ノ原
間方字石畑
大谷字細越

面積（m ）
2

528
1,000
1,000
604
310
1,200

図１ 正常に生育した桐の成木（樹齢１７年（左）、樹齢２年（右））２．２． 試料の採取方法
採取土壌は、まず、表土を一辺 15cm 程度の正方形
従来から、土壌の化学性及び物理性などの調査研究の形に深さ 5cm 程度取り除いた。そして、その表面は行われていたが、生育阻害に関する因果関係は掴めず、土壌微生物の関与が示唆されるにとどまっていた。 を基準に更に 5cm 程度掘り起こし、その中から、20g～ 30g 程度無菌バッグに採取した。採取した土壌は、そこで、本調査研究事業では、良好な生育を示す桐氷で予冷した発泡スチロールの箱に保管した。
植栽地の土壌微生物と、生育不良を示す土地の土壌微試料採取は、2007 年 11 月 20 日（A、B、D）12 月
生物を統計的に比較してその差異を解明するための実
5日（C、E、F）の2 日間で行った。
験方法を確立することを目的とした。また、過去の文
本来であれば、三島町における桐の生育期間である献を調査し、桐の病気とその原因などについて確認を
1)～ 4)
5 月から 8 月のサンプリングが望ましかったが、幼木行った。
は一カ所にまとめて植えられ、それぞれの土地に植え将来は、桐の適正な生育に寄与する土壌微生物を特替えが行われた直後の、11 月の後半から 12 月にかけ定するほか、本来持っている病害虫抵抗性を高め、今てのサンプリングとなった。
まで栽培が困難であった作物を容易に栽培できるようそれぞれの場所で、桐の木の直近部（樹中心からにするための微生物資材を開発することを目標として20cm以内）と盛り土部の 2 カ所からサンプリングしいる。

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平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告

た（図 2）。また、A 地点は、川を跨いで飛び地となっていたため、2 カ所と計算しそれぞれサンプリングを行った。そのため、サンプルは合計 14 土壌となっ
た。

図４

図２

グラジェント変性ゲルでの電気泳動結果

４．まとめ

積雪防護のための「さやがけ」をした桐の幼木（丸印がサンプリング箇所）

大沼郡三島町の桐栽培土壌の土壌微生物調査のため、合計 14 カ所のサンプリングを行った。それらの土壌
２．３． DNAの抽出から DNA を抽出し、DGGE 法による群集解析を行っ
DNA の抽出は、サンプリング当日に DNA 抽出キ
た。
ット（MO BIO Laboratories,Inc.製 PowerMaxTM Soil
その結果、耕地、未耕地にかかわらず、試料中の土DNA Isolation Kit）を使用し、土壌 10g を使用して、壌微生物の多様性が高く、微生物の特定が困難なため、そのキットの標準的な方法で抽出を行った。抽出液は、 今後は、成長期における土壌及び根周辺の土壌及び根-30 ℃で凍結保存した。
自体のサンプリングを行い、微生物を検討する必要があると考えられた。
２．４． DGGE法による微生物群集解析
16SrDNA の 357forwerd primer に GC クランプを付
謝辞
け、518reverse primer と PCR を行った。変性剤は
本研究を遂行するにあたり、調査地の選定等にご協力い
40% formamide,7M Urea を 100%とし、35%-55%のグただきました福島県大沼郡三島町の皆様、及び、桐の生態
ラジェント変性ゲル(6.5%アクリルアミド)を作成し等に関してご指導いただきました、県林業研究センター林た。電気泳動は 60 ℃・130V・210min で行った。
産資源部の方々に深謝いたします。また、実験のサポートをしていただいた臨時技能員の田平ともみさんに深謝いた

３．実験結果と考察します。

３．１． DNA抽出品質の確認
電気泳動後のゲルの状態は図 3（図は 7 サンプル分）のとおり。DNA のバンドが確認され、抽出及びPCR が正確に行われたことがわかった。
３．２． DGGE法による微生物群集解析
DGGE 法による群集解析を行った（図 4）が、降雪後だったにもかかわらず、土壌中の微生物の種類が非常に多く、明確に分離できるバンドが現れなかったた
め、微生物の特定は行えなかった。

図３

参考文献
1)青野茂、渡部正明、我妻実：“キリのタンソ病抵抗性育種の研究”、福島県林業試験場研究報告 第 19号、pp.239-244、1986
2)青野茂、松崎明：“桐樹の体質劣化の解明に関する
研 究 ” 、 福 島 県 林 業 試 験 場 研 究 報 告 第 19 号、pp.245-252、1986
3)古川成治、青野茂：“会津桐の栽培技術体系化に関する研究－キリ胴枯性病害抵抗性の検定法－”、福島
県林業試験場研究報告 第 32 号、pp.77-90、2000
4)佐々木克彦、松崎清一：“北海道におけるキリ腐らん病に関する研究”、北海道立林業試験場研究報告
No.349、pp.97-117、1987

電気泳動後のゲル（左端はサイズスタンダード）- 86 -

平成１９年度 福島県ハイテクプラザ試験研究報告福島県ハイテクプラザ試験研究報告
平成１９年度（２００７年度）
平成２０年１１月発行
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