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平成１１年度

福島県ハイテクプラザ試験研究報告
目次

重点研究課題 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥１

産官共同研究開発事業
１酸化チタン系光触媒の開発と環境浄化に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥２
材料技術部 大河原薫、大堀俊一、関根義孝
いわき技術支援センター 杉内重夫、中山誠一、安齋実
福島技術支援センター 吉田正尚

２

超高速切削による難削材加工技術の研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
生産技術部 菅原康則、吉田智、遠藤勝幸、酒井勝雄
株式会社旭洋精工 松本克彦、佐藤敏男
林精器製造株式会社 伊藤洋、吉田勝次
フガク工機株式会社 中尾郁夫、大内新司
プラストロン株式会社 永井允

３

高精度溶接技術と後処理についての研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥６− 溶接変形の低減と溶接部の研磨 −いわき技術支援センター 佐藤善久、緑川祐二
生産技術部
藤井正沸、酒井勝雄
材料技術部
国分寿雄
大野ベロー工業株式会社 近藤一太、平山正一、上遠野剛
日東金属工業株式会社
井上英行、大浦武彦
株式会社ヨコハマ吉倉佐藤歩

広域共同研究開発事業 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥８１

マシンビジョンのためのマルチプロセッサシステムの開発 ‥‥‥‥‥‥‥‥９
応用技術部 高橋淳、大内繁男

２

情報処理装置から発生するノイズの低減に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
応用技術部 笹山淑弘、長尾伸久

福島・山形・新潟三県公設試験研究機関共同研究事業 ‥‥‥‥‥‥17
１

新規テキスタイルの開発 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
福島技術支援センター 菅野陽一、長沢 浩、伊藤哲司、佐々木ふさ子
三浦文明、野村隆、東瀬慎所内プロジェクト研究事業 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
１

有機薄膜の各種微細加工技術の検討と小型素子の試作開発（第１報） ‥‥‥23
生産技術部 渡部一博、本田和夫、藤井正沸、酒井勝雄
材料技術部 伊藤嘉亮
応用技術部 笹山淑弘

ＲＳＰ（可能性試験）研究事業 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
１

製造プロセスにおける高性能評価装置の開発 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28− 大型円筒用真円度測定機の開発 −生産技術部 遠藤勝幸、菅原康則、酒井勝雄

２

県産農産物を利用した機能性食品の開発 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31− 各種大豆の栽培特性と加工適性 −会津若松技術支援センター 遠藤浩志、大野正博
郡山女子大学短期大学部 金子憲太郎
福島県農業試験強場 丹治克男、二瓶直登
協業組合郡山とうふセンター 二平光行

一般研究課題 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37

１

マルチメディア技術に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
応用技術部 本田修啓、尾形直秀、高樋昌、平山和弘

２

微生物による未利用資源の高度利用化 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
応用技術部 安川真、桑田彰、池田信也

３

ＳＳ構内無線のＦＡ利用技術に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
応用技術部 尾形直秀、高樋昌、平山和弘、本田修啓

４

環境を考慮しためっき技術の開発 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥48− グルコン酸浴からのスズ−ビスマス合金めっき −材料技術部 大堀俊一、大河原薫
いわき技術支援センター 安斎実、中山誠一

５

カソードルミネッセンスの高度利用に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥52− 蛍光管の高輝度化の検討 −
材料技術部 高瀬つぎ子、伊藤嘉亮
いわき技術支援センター 斎藤宏

６福島県産白土の高度利用 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥56− 酸化チタン被覆によるシラスバルーンの作製 −材料技術部 関根義孝、加藤和裕
丸中白土株式会社 紺野篤男、西坂直伸、紺野圭樹
東北大学名誉教授 鈴木舜一

７高分子材料の成形加工及び使用雰囲気が影響する環境技術（１） ‥‥‥‥‥60− ATR-IR による赤外吸収スペクトルの測定と DSC による酸化開始 −温度による劣化評価 −材料技術部 三瓶義之、菊池時雄、鈴木雅千、渡部修

８

高分子材料の成形加工及び使用雰囲気が影響する環境技術（２） ‥‥‥‥‥62− Pyro-GCMS を使った漆塗膜中の有機系添加剤の定性方法 −材料技術部 渡部修、菊池時雄、鈴木雅千、三瓶義之

９

高機能防振ゴムの開発に関する研究（第４報） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥64
生産技術部 斎藤俊郎、渡辺正幸
企画情報部 橋本真
株式会社ファインラバー研究所 高木和久、中条典明、根本雅司

１０

ポリプロピレン容器の超音波溶接技術の研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥68
生産技術部 藤井正沸、酒井勝雄
材料技術部 渡部修
株式会社東北東海 沼田雅和

１１

微細放電加工の微細モールド金型への応用（第１報） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥74
生産技術部 本田和夫、藤井正沸、渡部一博
材料技術部 伊藤嘉亮、渡部修

１２

ＣＢＮホイールのドレッシング条件と研削性能 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥76
生産技術部 冨田道男、渡辺正幸

１３

新素材の可縫性に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥80
福島技術支援センター 三浦文明、野村隆、東瀬慎

１４

県産農作物の品質特性の把握と加工適性に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥83− 硫黄無薫蒸による「あんぽ柿」の製造 −会津若松技術支援センター 河野圭助、齋藤裕子

１５

ＨＡＣＣＰにおける科学的、物理的危害防止に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥87− 浅漬工場の衛生管理システム高度化について −会津若松技術支援センター 齋藤裕子、河野圭助、大野正博、佐藤正１６

機能性清酒の研究（１） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥90− 新規清酒酵母の醸造特性 −会津若松技術支援センター 高橋幹雄、小野和広、小沼嘉美、佐藤 正

１７

機能性清酒の研究（２） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥92− 県産新酒造好適米を用いた試験醸造 −会津若松技術支援センター 高橋幹雄、小野和広、小沼嘉美、佐藤 正

１８ＣＧ（コンピュータグラフィックス）画像の製品化への応用研究 ‥‥‥‥‥96− ＣＧ模様製品の試作開発 −会津若松技術支援センター 竹内克己、出羽重遠、佐竹延明
眠夢木 岩橋正義
儀同漆器工房 儀同哲夫
静山工房 山本一広

１９

加飾技法を活用した洋食器の開発（第２報） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥100
会津若松技術支援センター 佐藤隆、竹内克己、佐竹延明

２０

県産中小径広葉樹材の有効利用に関する研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102
会津若松技術支援センター 橋本春夫、出羽重遠、山崎智史

２１

含漆ＵＶ塗料の薄膜塗装法の研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥106
会津若松技術支援センター 須藤靖典、出羽重遠

事例研究 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥110１

中小企業向けメンテナンスフリーサーバの構築 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥111
応用技術部 平山和弘

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酸化チタン系光触媒の開発と環境浄化に関する研究
Investigation of Photocatalyst (Titanium Dioxide) and Purification of Environments.
材料技術部
いわき技術支援センター
福島技術支援センター

大河原 薫 大堀
杉内 重夫 中山
吉田 正尚

俊一
誠一

関根
安齋

義孝
実

特定フロンやトリクロロエタンの全廃ならびにトリクロロエチレン等の使用制限により水系洗浄への移行が進んでいる。しかし、水系洗浄では界面活性剤等が混入するため BOD
値の上昇をまねき、大きな問題になっている。そこで、クリーンで安全な光触媒を用いて排水中の有機物の除去に取り組んだ。
酸化チタン粉末にある遷移金属と助剤を添加し紫外線を照射することで、白金担持と同程度の効果を持つ複合光触媒ができた。また、陽極酸化法によりチタン合金表面に酸化膜を形成した結果、光触媒機能を有した素材の開発にも取り組み、火花放電電圧以上での陽極酸化でアナターゼ型の酸化チタン光触媒ができた。

1.緒言
1.緒言
表面処理事業所では、めっき液中に含まれている光沢剤やキレート剤が工場排水中の BOD 値の発生源になる一方、有機塩素系溶剤の全廃や使用制
限により水系洗浄への移行が進み、排水中に混入した界面活性剤が BOD 値上昇に輪をかけており、その対策が緊急かつ重要な問題になっている。そこで、クリーンで安全な光触媒（図１）を用いて､工場排水中の有機物の除去を目的に研究に取り組んだ。
また、アルミニウム等の表面処理に用いられている陽極酸化法でチタン合金上に酸化皮膜を形成し、光触媒機能を持った素材の開発にも取り組
んだ。

2.研究
2.研究内容と成果
研究内容と成果
ガラスクロス表面に酸化チタンを固定化し、フ発を行った。

レキシブルで安価な光触媒の作製を行った。また､

2.1.研究内容
2.1.研究内容

光触媒としての活性評価が定まっている酸化チ(1)BOD に関するアンケート調査

タン粉末に貴金属担持や遷移金属添加を行いそ

光触媒を用いて工場排水中の BOD 対策を行うにれぞれの効果を調べるとともに、無電解ニッケル

あたり、表面処理事業所における工場排水中のめっき水洗水を用いた実排水の分解実験を行っ

BOD 発生源、濃度、排水量、処理経費、排水処理た。

法等の実態調査を行った。

さらに、チタン板を陽極酸化することで表面に酸化皮膜を形成し、光触媒機能を持った素材の開対象企業 県内表面処理関連事業所 ５０社
実施方法 ＦＡＸによる

(2)ゾル･ゲル法による光触媒薄膜の作製法の検討

POELE を分解した結果、鉄イオン添加し pH を 2 以

ガラスクロスや発泡ガラスに光触媒を担持す

下に維持することで、分解時間が大幅に短縮できる際のベース技術であるゾル･ゲル法について､た。

前駆体溶液の調製条件や皮膜の焼成条件等を検・発泡ガラス表面に酸化チタンを担持し、超振動討し、光触媒活性、耐久性、積層状態等を調べた。

撹拌や太陽光が利用可能な光触媒ができた。

(3)固定化した光触媒による分解実験(4)酸化チタン粉末による光分解

酸化チタンをガラスクロスや発泡ガラス等に・無電解ニッケルめっき水洗水を光分解した結果､担持して排水処理に利用可能な光触媒を作製し、酸化チタン粉末表面に白金を担持した場合は次めっき工場等の脱脂剤として一般的に用いられ亜リン酸や亜リン酸が優先的に酸化されてリンている非イオン界面活性剤(POELE)を基準汚染物

酸になり、白金を担持しない時は有機物(有機酸)

質として分解実験を行った。

の分解が進む異なった分解形態を示した。

(4)酸化チタン粉末による光分解(5)陽極酸化法による光触媒薄膜の作製

光触媒としての活性評価が定まっている酸化・火花放電電圧以上での陽極酸化でアナターゼ型

チタン粉末に貴金属担持や遷移金属添加を行い、の酸化チタン光触媒ができた。

それぞれの相乗効果を調べた。

2.3.今後の計画
2.3.今後の計画

また、めっき排水には有機物質ばかりでなく、(1)ゾル･ゲル法による光触媒薄膜の作製

リン化合物や硫酸根等の無機塩類が含まれてい・ガラスクロスや多孔質体を担持体にした光触媒

るため、光触媒反応に及ぼすこれら共存元素の影の高活性化

響を調べた。

(2)固定化した光触媒による分解(5)陽極酸化法による光触媒薄膜の作製

・超振動撹拌の活用

従来、陽極酸化には硫酸系浴やリン酸系浴が用

・太陽光の利用いられている。本研究では、高活性光触媒を作製(3)酸化チタン粉末による光分解するため有機酸浴からの陽極酸化法についても・遷移金属の添加および担持効果検討した。

・試料溶液の pH および共存物質の影響

2.2.研究成果
2.2.研究成果(4)陽極酸化法による光触媒薄膜の作製(1)BOD に関するアンケート調査

・光触媒の高活性化と処理面積の拡大

アンケートを集約した結果、BOD の発生源とし上記課題に取り組みながら、モデルプラントでのては脱脂工程の水洗水(73%)、無電解ニッケルめ実験を行う。

っき水洗水(64%)、クロムの還元剤の影響(64%)等

3.結言
3.結言

の回答があり、発生源がほぼ特定できた。

ガラスクロスや多孔質体に酸化チタンを担持(2)ゾル･ゲル法による光触媒薄膜の作製法の検討

した固定化光触媒が作製できた。また、陽極酸化・ガラスクロスへの担持条件を検討した結果、焼法により、アナターゼ型酸化チタン皮膜の作製に成速度を緩やかにすることで密着性の向上が図も成功し、現在、光触媒の活性向上に努めている。

られた。

なお、詳細な内容と結果については、平成１３年

・多孔質体に酸化チタンを担持し水に浮く光触媒

１月開催予定の産官共同研究事業成果普及講習ができた。

会および研究成果報告書（成果普及講習会テキス(3)固定化した光触媒による分解実験ト）で紹介する。

・ガラスクロスに固定化した光触媒を用いて

超高速切削による難削材加工技術の研究
A Study on Machining of Difficult-to-cut Materials by High-speed Milling
生産技術部 菅原康則、吉田智、遠藤勝幸、酒井勝雄
株式会社旭洋精工 松本克彦、佐藤敏男
林精器製造株式会社 伊藤洋、吉田勝次
フガク工機株式会社 中尾郁夫、大内新司
プラストロン株式会社 永井允
金型製造工程への超高速加工の導入において、工程の短縮、製造コストの低減を効果的に行うために、SKD11(58HRC)、SKD61(50HRC)、タングステン−モリブデン系合金、アルミニ
ウム合金（A5052）の各被削材の適正加工条件について検討している。また、共同研究参加
企業ごとに加工モデルを設定して、超高速加工および従来加工で実際に加工し、加工時間、加工コストの比較を行い、超高速加工導入の効果についても検証している。
Key words：超高速切削、難削材、型加工、加工条件

精密機械部品鋳造金型(タングステン−モリブデン系合金)製造工程の短縮
３) 高硬度材料加工に関する研究
近年、工業製品の低価格化および開発サイクルのゴム成形金型(SKD11，熱処理材)製造工程の短短期化がすすみ、金型の製造コストの低減と短納期縮化の要求が強くなっている。この対応法のひとつと
４) 表面処理工具の効果に関する研究
して、金型製造工程への超高速加工の導入があげら
表面処理による工具寿命延長効果の検証れる。この加工法は、工作機械の主軸回転数およびテーブル送り速度の高速化が進んだことによって可 また、ハイテクプラザでは、共同研究参加企業が加能になったもので、小径工具による加工の高速化や、 工対象として取り上げた材料について、超高速加工
加工精度・加工面粗さの向上といった利点があり、 を行う際の適正な加工条件について検討する。
実験装置としては、㈱牧野フライス製作所製超高金型や精密機械部品の製造工程の短縮・省略に効果
速加工機 HYPER5（図１）を導入した。この装置は、があることが報告されている 1)2)。
しかし、この超高速切削を効果的に導入するため 主軸最高回転数 32,000rpm、最大テーブル送り速度には、加工物に対応した加工条件（工具、切削速度、 16,000mm/min、最大工具径 6mm で、高送り時の形
送り速度など）の把握や、効率よく加工するための 状ダレ補正機能(S-GI 制御)を有している。また、超ツーリング、工具経路生成手法の確立など、解決す 高 速 加 工 用 NC デ ー タ 作 成 に は 、 EUKLID V4
CAD/CAM システムを使用した。
べき問題点が数多く残されている。
この研究は、これらの技術課題についての検討を行い、併せて、従来行われてきた放電加工やマシニ
ングセンター等による切削加工工程に対し、この加工法を導入することによって、工程の短縮・製造コ
ストの低減を図ることを目的としており、県内企業と共同で平成 10 年度から 3 年間の計画で実施してい
る。

１．緒言

２．研究内容本研究には県内企業４社が参加しており、各企業の分担研究課題と研究内容は以下のとおりである。
１) 鋳造用金型加工に関する研究
砂型用金型(アルミニウム合金)製造工程の短縮２) 難削材加工の研究

図１

超高速加工機外観

２．１．ハイテクプラザの研究内容
本研究では、超高速加工による加工工程を、荒加工と仕上げ加工の２つに分けて考え、それぞれの適正な加工条件について検討を加えることとした。
荒加工は、製品(金型)の大まかな形状を加工する工程で、加工効率が重視される。そのためには、切削速度、送り、切込みなどの加工条件を大きく設定すればよいが、これは加工機の能力と工具（機械的強度、工具摩耗の進行）によって制限される。また、仕上げ加工は、製品の最終形状を加工する工程で、
ここでは、寸法精度、加工面粗さが重要であり、加工条件はこれらによって制限される。
そこで、超高速加工の適正加工条件に関する基礎実験として、荒加工条件については、切削条件（切削速度、送り、切込み、ピックフィード）による工具摩耗の進行を、また、仕上げ加工条件については、切込みと寸法誤差、ピックフィードと加工面粗さのそれぞれの関係に重点をおいて調べる。さらに、今回導入した高速加工機の特性として、主軸系の共振
周波数、回転数による主軸系の伸びなどについても調べる。
２．２．共同研究参加企業の研究内容
共同研究参加企業では、それぞれ実製品（または加工モデル）を選定して、前節の実験結果を基に、ワーク材質及び形状に適した切削条件の選定、ツー
リング、工具経路等について検討を加え、実際に超高速加工を行う。さらに、従来法によるモデル加工も行い、ワークの加工精度・表面粗さ、磨きなどを含めた製造工程全体での所要時間・コストを比較して、超高速加工法の導入の効果について検討を加える。
また、超高速加工に用いるコーティング超硬工具に表面処理を施し、工具母材及びコーティング層に対する影響を調べるとともに、工具寿命延長効果の有無について検証する。
２．３．研究成果
加工条件に関する基礎実験については、実験途中であるため、ここでは実験内容と結果の詳細は省略
するが、現段階では、切削条件による工具摩耗の変化に関しては、工具半径 1mm のコーティング超硬ボールエンドミルで切削条件を変えてSKD61(50HRC)の加工を行った結果、同一体積を加工した場合、切削速度、切込みによる摩耗の変化はほとんど見られず、一刃送りを大きくすると摩耗が小さくなる傾向が見られた。また、加工面粗さに関しては、ボールエンドミルによる平面加工では、ピックフィードを小さくすると表面粗さも小さくなっていき、ある程度の値(2〜5μmRy)で収束するという結果が得られている。
超高速加工によるモデル加工については、各モデ
ルの 1 回目の加工実験を終了し、加工時間、コストの比較及び加工条件の見直しを行っている。この実験の結果、図 2 に示す精密機械部品鋳造金型(タングステン−モリブデン系合金、40HRC)の加工では、加工時間を従来の 266 分から 74 分と約 1/3 に短縮することができ、使用工具も 12 本から 8 本に削減するこ

図２

モデル加工例（精密機械部品鋳造金型）とができた。また、ゴム成形型(SKD11、58±2HRC)の加工では、従来、放電加工用電極作成と放電加工に 500 分要していたのに対し、超高速加工による直彫りでは 200 分と、加工時間を半分以下に短縮することができた。
ただし、使用工具本数が 12 本と多く、一型の加工でほぼ寿命に達するため、加工コストの比較ではほぼ同程度となっている。
表面処理工具の効果に関する研究については、現
在コーティングの特性評価用試験片及び加工実験用工具の試作を行っている。

３．結言
今後の予定としては、切削加工条件に関する基礎実験を継続してデータの収集を進めるとともに、モ
デル加工条件の見直しを行い、更なる工程短縮を図る。本研究は平成 12 年度が最終年度となるので、研究の詳細な内容と結果については、
平成 13 年 1 月開
催予定の産官共同研究事業成果普及講習会ならびに研究成果報告書で紹介する。
参考文献
１) 最近の鍛造金型製作に関する調査研究報告書，鍛造技術研究所，1997
２) 安斎：1999 年度精密工学会春季大会，p294 他

高精度溶接技術と後処理−溶接変形の低減と溶接部の研磨−
Reduction of welding deformation,and polishing surface of weld.
いわき技術支援センター 佐藤善久 緑川祐二
生産技術部 藤井正沸 酒井勝雄
材料技術部 国分寿雄
大野ベロー工業株式会社 近藤一太 平山正一
日東金属工業株式会社
井上英行 大浦武彦
株式会社ヨコハマ吉倉
佐藤 歩

上遠野 剛

溶接変形の小さい溶接技術を確立するために、プラズマ・半自動・ＴＩＧ溶接法と比較しながら、オーステナイト系ステンレス鋼のレーザ(YAG・CO2)溶接技術について検討した。
溶接品質に影響を与える項目と試験片の固定治具による拘束条件と溶接変形量についても検討した。その結果、焦点ズレに対する裕度、アシストガスに安価な窒素が使用できること、溶接変形への固定治具の影響等がわかった。また、溶接部の研磨にも取り組み、レーザ溶接技術を応用した高精度溶接モデルを試作している。
Key words:溶接変形、レーザ溶接、研磨

２．研究内容および成果
２．１．研究の内容
本研究は、汎用技術との比較検討を含めて行われているため、共同で次の技術について取り組んでいる。
（１）ＴＩＧ溶接・プラズマ溶接・半自動アーク溶接
・レーザ(YAG・CO2)溶接におけるステンレス鋼の溶接性と溶接変形

TIG （フライス面）
直角方向(tan)

歪角 (tanθ）

溶接を行うと、変形による品質の低下を招くことがある。溶接変形は、比較的薄物の鋼板において問題とされることが多い。また、オーステナイト系ステンレ
ス鋼は、軟鋼と比べて熱伝導度が小さく、線膨張係数が大きいため、特に溶接変形が問題になりやすい。溶接変形を低減することのできる溶接技術は今後の高品
位製品の加工技術にとって必要不可欠のものであるといえる。レーザ溶接は高速・低入熱で深い溶け込みが得られるため、
溶接変形を低減することが可能である。
しかし、ビームのスポット径が小さいために、ねらい
位置のズレやギャップ、開先品質の影響を受けやすいといわれている。そこで、実際のレーザ溶接において溶接部に大きく影響を与えると考えられるアシストガ
ス・焦点ズレ・開先の品質等が溶接部と溶接変形に与える影響等を検討し、高品位製品を製造するためのレーザ溶接技術の確立をめざした。
また、一般に溶接部は外観・清浄度・形状において、溶接部以外の箇所に比べて品質が劣る。溶接部を、母材部のように平滑かつ清浄にする事で、製品の付加価値を大きく高めることができる。そこで、溶接部を研磨することで、高付加価値を達成する加工技術の確立をめざした。

（２）それらの溶接部におけるバフ研磨・電解研磨・
電解砥粒研磨技術
２．２．レーザ溶接の主な成果（１）溶接変形量
ＳＵＳ３１６Ｌ（ｔ１ .５）のＩ型開先突き合わせ
溶接継手試験片において、溶接変形量を測定した。Ｔ

0.08
0.06
0.04
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08

10

溶接線方向(tan)

20

30

40

ねじれ(tan)

50

60

ジグ保持間隔 （ｍｍ）

YAG (フライス面）
直角方向(tan)
歪角（ｔａｎθ）

１．緒言

0.08
0.06
0.04
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06

10

溶接線方向(tan)

20

30

40

ねじれ(tan)

50

60

ジグ保持間隔 (mm)Fig.1 溶接変形量

ＩＧ、半自動、プラズマ溶接による実験を併せて行った。レーザにより、無欠陥で変形量が最小の溶接加工を行うことができた。
また、拘束治具の保持間隔を１０〜６０ｍｍまで設定し、それらによる変形量を比較した。その結果、いずれの溶接法においても、保持間隔を小さくすること
で、変形量を低減できることがわかった。
（２）溶接速度
ＳＵＳ３０４（ｔ１０）を用いて、速度を変化させてビードオンプレートによる溶接実験を行った。
ビード表面とマクロ観察を行い溶接金属の形状（溶け込み深さ・ビード幅）と加工条件との関連を検討した。
その結果、単位照射エネルギーあたりの溶け込み深さ
は溶接速度が大きいほど深くなることがわかった。それとは逆に、ビード幅は、溶接速度が大きくなるほど小さくなることがわかった。
（３）デフォーカス量
溶接物の変形によるうねりや取り付け時の精度によって、集光部のパワー密度に変動を生ずることがある。

ること、Ｎ ２アシストにおいてもＡｒアシストとほぼ同等の機械的性質が得られることがわかった。
２．３．溶接部の研磨
電解砥粒研磨装置により、溶接部の研磨を行った。
測定・評価は表面粗さ計と光沢度計で行った。
研磨面の光沢度は、溶接金属の形状の影響によるバ
ラツキがあるものの、光沢度の測定においてはＢＡ材
程度の光沢を得ることができた。
２．４．試作品
ここまで、レーザ溶接の品質に関わる項目について検討を重ねてきた。それらを実証するために、 Fig.3に示した、薄物ステンレス鋼製の全線レーザ溶接による試作品を製作した。
ＢＡ

溶け込み深さ (mm)64

（Ｂ部拡大）（Ａ部拡大）

３.６ＫＷ

２.５ＫＷ

試作品（第１次）

2
１.５ＫＷ

Fig.3 試作品の例

試 験 材 ：SUS304 (t10)溶接速度：1500mm/min
fL：7.5inch
出力波形：ＣＷ
ｱｼｽﾄｶﾞｽ ：Ａｒ (15 l/min)

３．今後の展開

0
-5

-4

-3

-2 -1
0
1
ﾃﾞﾌｫｰｶｽ量 (mm)2

Fig.2 デフォーカス量と加工能力

通常、溶接に用いるビームは、集光光学系により集光されるため、焦点のずれはパワー密度の低下につながり、加工能力に影響が大きいと考えられる。
そこで、ビードオンプレートによる溶接加工実験を行い、レーザ溶接においてデフォーカス量がどの程度許容されるか検討した。
その結果、加工に支障がないと考えられるデフォー
カス量の範囲がわかった。
（４）集光光学系
レーザによる切断や溶接では、発振器からのビームを集光して高いパワー密度を得ている。そのために集光レンズやパラボリックミラーを用いているが、それぞれに焦点位置でのビームの性質が異なる。
それらの加工能力について検討している。
（５）アシストガス
溶接部を大気から保護するためにアシストガスを用る。通常アシストガスには、Ａｒ・Ｈｅ等の不活性ガスを用いる。今回はそれらに加えて、安価なＮ２ガスの適用について検討した。その結果、CO2 レーザでは
Ｈｅを用いた場合にＡｒよりも深い溶け込みが得られ（１）レーザ溶接・溶接金属中のＮ２含有量を測定し、Ｎ２アシストの経済性とその課題についてまとめる。
・狙いズレと開先ギャップについてのデータ整理を行う。
・ギャップ裕度とアンダーフィルの改善に効果がある
ワイヤ送給装置の活用について検討する。
（２）溶接部の研磨
溶接部を平滑に仕上げる工程を採用することで、研磨面の品質を、より向上させる。
（３）試作品
レーザ溶接による、ステンレス鋼薄板円筒製品や薄板構造体を試作する。

４．結言
レーザ加工装置を用いて、変形量の少ない溶接加工を行うことができた。
また、集光レンズやアシストガスが溶接部に与える影響を明らかにすることができた。
溶接部の研磨を行い、溶接の痕跡が少なく、清浄な仕上げ面を得ることができた。
なお、研究の詳細な内容と結果については、平成１３年１月開催予定の産官共同研究事業成果普及講習会
ならびに研究成果報告書で紹介する。



マシンビジョンのためのマルチプロセッサシステムの開発
A development of multi processor system for machine vision
応用技術部

高橋

淳

大内

繁男

画像処理を応用した切削工具の欠陥検出，超小型電子部品の外観検査，カラーパターン
投影法による BGA 端子の 3 次元計測などを効率よく高速に実行するためのマルチプロセ
ッサシステムを開発した。
開発したシステムは複数のプロセッシングユニットを組み合わせてマルチプロセッサシ
ステムを構成できる。60MFLOPS の演算能力がある 32bit 浮動小数点 DSP とデュアルポー
トメモリ，大容量 DRAM，共有バスの管理ユニットなどを 1 つのプロセッシングユニットとしている。プロセッシングユニットは最大 127 個まで接続できる構造になっている。
Key words:画像処理，マルチプロセッサ，ＤＳＰ

1. 緒言
画像処理プログラムには、信号レベルの画像処理演算と高次の画像演算や記号処理などがある。
信号レベルの画像処理では、処理の高速化のためにシフトレジスタと専用演算回路が使われている。高次の画像演算や記号処理では、マルチプロセッサによる高速化が行われている。[1]信号レベルの画像処理から高次の画像処理まで処理の高速化が可能なマルチプロセッサシステムの構成を検討し回路を製作した。プロセッサの個数はシステムの必要性に応じて 1 個から 127 個まで自由に選択できるようにした。マルチプロセッサシステムの構成単位
はプロセッシングユニットと呼ばれ、 DSP と、大容量 DRAM の共有メモリ、シフトレジスタの役目を果たすデュアルポートメモリ、パラレル通信ポートなどで構成されている。
本システムは、分割されたプログラムモジュールを
複数の DSP で実行するので、構造化プログラミングで作られたプログラムを実行するのに適した構成になっている。
以下、2．では 2 種類の並列処理構造を持つマルチプロセッサシステムの構成、3．ではパイプラインバ
スについて、4．では共有メモリとバスアービタの構成と動作について述べる。

2.1 プロセッシングユニットの構造
入力機器

画像入力部
8bitパラレル通信ポート 8bitパラレル通信ポート

8bitパラレル通信ポート

共有バス

VMEﾊﾞｽPU1

VMEﾊﾞｽ
ｲﾝﾀﾌｪｰｽ

パイプラインバス

ＤＳＰ

PUL

PUL-1

ﾒﾓﾘ

ＤＳＰ

ﾒﾓﾘ

ＤＳＰ

VMEﾊﾞｽ
ｲﾝﾀﾌｪｰｽ

VMEﾊﾞｽマルチプロセッサシステム

ﾎｽﾄ
CPU

ﾒﾓﾘ

I/O

ホストコンピュータ

図1 マルチプロセッサシステムの構成

マルチプロセッサシステムで画像処理を高速化す
る場合、画像データを分割して複数のプロセッサで処理をする事によって負荷を分散する手法と、異なった機能を複数のプロセッサに受け持たせる機能を分散させる方法がある。[2]
図 1 に今回製作したマルチプロセッサシステムの構成を示す。プロセッシングユニット( PUn)を必要な数だけ多段接続してマルチプロセッサシステムを作ることができるようになっている。
図 1 に示す PU1 は VME バスインタフェースを持っているので VME バス用の画像入力機器を接続できる。
PU2 から PUL-1 までの中段の PU がプロセッシングニ
2. ２種類の並列処理構造を持つマルチプ
ットの基本的な構造になっている。最後段の PUL は共有バスの調停作業を受け持つ。PUL は、ホストコン
ロセッサシステムの構成
ピュータを接続する汎用インタフェースを持っている。
画像処理用マルチプロセッサシステムとして、信試作したシステムでは VME バスインタフェースを組
号レベルの画像処理演算と高次の画像処理演算を効率み込んだ。
よく実行することができる構造について検討した。パ
PU は、 DSP、ローカルメモリ、共有メモリと、デイプライン処理で時間的並列性を高め、共有メモリでュアルポートメモリなどから成っている。
PU は目的
データ転送時間の短縮と空間的並列性を高めることにより、汎用性の高い高速画像処理システムを構成した。 に応じて 127 個まで任意の個数を多段接続できる。
PU 間を接続するのは、大容量の DRAM が接続され任意のプロセッシングユニット間をパラレルインタフている共有バスとデュアルポートメモリで接続されてェースで接続してデータの交換もできる構造になっているパイプラインバス、パラレル通信ポートの 3 つで
いる。
ある。

A1

A2

A3

共有バス
A11

(a)

A21
A22

双方向バスバッファ

PU制御ユニット
A3

A12
A1

A23
A24

共有メモリ(DRAM)
デュアルポートメモリ

DSP

パイプラインバス

(C)

A2
A3
(b)

処理

INTR

INTL

データの流
れ

ローカルメモリ
(SRAM,DRAM,ROM)

図2 プログラム実行時のデータの流れ

共有バスの制御にはバスアービタを使い、パイプラ
インバスの制御には割り込み信号を使用している。
パラレル通信ポートは各 PU に 6 チャンネルあり、
任意の PU 間を接続できる。各バスは 32 ビットであるが、パラレル通信ポートは 8 ビットである。
共有メモリは、 DSP のローカルメモリとしても使用できる。共有メモリは各 PU 内では同一のアドレスに割り付けられている。共有メモリとして使用する場
合は PU1 から PUL までの共有メモリが連続したアドレス空間に配置される。

図3 中段のプロセッシングユニットの構成

データの読み書きができる。データの要求、データの準備、バンク切り替えの操作に関する内容は割り込みとメールボックスを使って通知するようにしている。
デュアルポートメモリから隣接する DSP に割り込み
信号 INTL と INTR を接続している。
マルチプロセッサシステムでは、デュアルポートメ
モリをシフトレジスタとして使用してパイプライン処
理を実行する。

P1

P2

P3

P4

2.2 マルチプロセッサシステムのプロ
グラミング
画像処理プログラムを組む場合には、プログラムを機能ごとにトップダウンで分割し、独立性の高いモジ
ュールごとに分割して階層構造化する。構造化プログ
ラミングによってプログラムが 1 つの入り口と 1 つの出口を持つように設計すれば、データの流れは図 2 に示すような形になる。システムバスとパイプラインバ
スを組み合わせて( a)、( b)、( c)のような処理を実行する事ができる。
順次処理にはパイプライン処理、離れた PU にデー
タを転送する場合や大容量データを送る場合には共有メモリやパラレル通信ポートを利用できる。

3. パイプラインバス
PU には時間的並列性を高めるためにパイプライン
処理を行える構造を持たせた。図 3 のデュアルポート
メモリがパイプライン処理用のバッファの役目をしている。デュアルポートメモリは、 DSP のクロックが60MHz で動作している場合、 1 ウェイトでアクセスできる 64k ワードの高速デュアルポートメモリを使っている。
デュアルポートメモリのバンク切り替えなどの操作は同じ PU 内の DSP が行う。メモリをはさんで隣接する DSP は、割り当てられたバンクに対して自由に

M1

M2

M3

M4

M5

P:プロセッサ
M:共有メモリ

図4 共有メモリの構成

4. 共有バス
各 PU はデュアルポートメモリを使用したパイプラ
インでのデータ転送の他に、共有バスと共有メモリを使用して PU 間でのデータの転送も可能にしている。
今回の設計では、①共有バスの使用権を得たプロセッサでも使用していない共有メモリまで占有しない。
② PU 間の連絡を、効率の良い方法で実現する。
という 2 点を基本コンセプトとして構成を考えた。
以下に、この 2 点を基に今回設計した回路構成について説明する。

4.1 共有メモリの構成
共有メモリは、通常図 4 に示すように共有バスに接続され、共有バスの使用権を取ったプロセッサのみが共有バス
共有バス制御信号

DSP

M

PU1

DSP

M

DSP

M

DSP

PU3

PU2

M

RB

ＳＯレジスタＳＩレジスタ

ＤＩレジスタ

ＤＯレジスタPU4
RB:リクエストブロック

図5 マルチプロセッサシステムの共有メモリ

図7 Processing Control Unit

使用を許可される。ただし、図 4 に示している構造では、共有バスの使用権を取ったプロセッサからアクセスされない共有メモリまでバス使用権を持ったプロセッサに占有されてしまう。今回の設計では、バス使用権を持ったプロセッサからアクセスされない共有メモ
リは、他のプロセッサに解放するため、図 5 のような構成を考えた。バス使用権を持ったプロセッサがアクセスしない共有メモリは、それぞれの共有メモリをローカルメモリとするプロセッサに解放できる構成とした。共有バスの使用権を持つプロセッサがアクセスしようとする共有メモリ以外はローカルメモリとして使用可能である。

M

DSP
PU1

M

DSP
PU2

M

DSP

M

DSP

PU3

割り込み信号

DSP

M

い。今回製作したマルチプロセッサシステムでは、共有メモリを介して PU 間同士が情報の伝達を行うのではなく，PU の DSP 同士で行う方法を採った。DSP 間
で 情 報 の 伝 達 を 行 う た め に は 図 7 に 示 す PCU(Processing Control Unit)を使用して行う。PCU は，共有バス側と DSP 側から読み書きが可能である。内部構成は図 7 に示すように 2 組のマスタスレーブと、共有バスにアクセスするためのリクエストブロックからなる。PU 内からアクセスする場合は、どの PU もすべて同じアドレスであり、共有バス側からアクセス
する場合は、PU ごとにオフセットがかけられている。
共有バスを経由して PU 内の DSP に命令を伝える場
合、 PCU の共有バス側のレジスタに予め意味を持たせてある 16 ビットの命令コードを書き込む。書き込
まれた命令コードは、 DSP 側のレジスタにコピーされ、DSP に割り込みを使って DSP 側のレジスタに命令コードがあることを知らせる。PU 内の DSP から共有バス側へ何か伝える場合には、PCU の DSP 側のレジスタに書き込むことによって実現できる。 PCU は、異なる PU の DSP 間での情報伝達を可能にしている。

PU4
共有バス

図6 共有メモリでのPU間の情報伝達

リクエストバス

PCU

4.2 ＰＵ間の連絡図 5 の構成で共有バスを経由して他の PU 内にある共有メモリにアクセスするには、アクセス先の PU のDSP に同一 PU 内の共有メモリを使用しないように伝える必要がある。他の DSP に何らかの事柄を伝えるには、図 6 に示すように外部に共有メモリを設け、各PU が順番に外部に設けた共有メモリにアクセスして伝えるという方法が考えられる。この方法では他のPU 内の共有メモリにアクセスするのに、少なくとも共有バスに繋がっている PU 内の DSP が１回は外部の共有メモリにアクセスする必要があり効率的ではな

PCU
M

DSP

PU1

PCU
M

DSP

DSP

PU2

PCU
M

M
DSP

PU3

PUL

図8 マルチプロセッサシステムの共有バス

4.3 他のＰＵの共有メモリへのアクセス
図 8 に示す今回の構成で、他の PU の共有メモリへアクセスする手順を説明する。

①他の PU へアクセスするには共有バスの使用権を得る必要があるので、共有バスのアービトレイトを行っている最終段の PU の DSP である DSPL に対して、
バスリクエストを出す。バスリクエストは、DSPがPCU にバスリクエストを出す命令コードを書き込む事によって行う。
② DSPL は，定期的にバスリクエストが出ているかバ
スリクエスト信号を監視する。バスリクエスト信号が出ていれば、ポーリングによってどの PU から出ているか調べる。
③ DSPL は、バスリクエストを出している PU の中からバス使用権の最も優先順位の高い PU に対して共有バスの使用権を与える。共有バスの使用権は、共有バスの使用許可という意味を持った命令コードを、使用権を与える PU の PCU に書き込む事によって行う。
④共有バスの使用許可の命令コードを書き込まれた
CPU は、命令コードを DSP 側のレジスタにコピー
し、DSP に割り込みをかけ CPU のレジスタを読み込む事により命令コードを伝える。
⑤バス使用権を得た DSP は共有バスを経由し、PU 内の共有メモリを共有バス側に繋げる命令コードをア
クセス先の PU の CPU に書き込む事によって DSPに命令を伝える。
⑥アクセス先の DSP が共有メモリの設定を完了後、DSP が共有メモリへアクセスを開始する。
⑦共有メモリへのアクセス終了後，共有メモリの解放
を PCU に命令コードを書き込む事によってアクセス先の PU の DSP に知らせる。
⑧共有バスの使用が完了したら、共有バスの使用終了を表す命令コードを最終段の PCU に書き込み共有
バスのアービタである DSPL に知らせる。
以上が他の PU 内にある共有メモリへアクセスする手順である。アービタである DSPL は、共有バスが解放されると、共有バスの使用を待っている PU の中から最も優先順位の高い PU に共有バスの使用権を与え
る。

5. 結言
製作したマルチプロセッサシステムの写真を図 9 に示す。デュアルポートメモリを使ったパイプライン処理で時間的並列性を、共有バスに接続された大容量
DRAM で空間的並列性を高め画像処理を高速化することができる。パラレル通信ポートで任意の PU 間でのデータ通信も可能である。初段の PU は VME バス
インタフェース用の入出力機器を接続でき、最後段のPU には VME バスをとおしてホストコンピュータを接続できる。
製作した回路では、共有バス、パイプラインバスと図9 製作したマルチプロセッサシステム

DSP のローカルバスに接続されるメモリ管理ユニッ
トと、共有バスの制御を行うバスアービタを CPLDと FPGA を使って IC 化した。
本システムの特徴を生かすためには、プログラムが
1 つの入り口と 1 つの出口を持つような構造化プログ
ラミングが有効である。分割された各プログラムモジ
ュールをプロセッシングユニット( PU)で実行し、データをパイプラインバスまたは共有バスで交換することで時間的並列性と空間的並列性を高めて画像処理の高速化を図ることができる。
今後は、プログラムの開発を容易にする簡易なオペ
レーティングシステムやシステムプログラムを開発し、いろいろな検査・計測システムに組み込みやすい装置にしていく予定である。応用分野としては、画像処理を応用した切削工具の欠陥検出、超小型電子部品の外観検査、カラーパターン投影法による BGA 端子の 3次元計測装置、蒲鉾板の表面検査装置などを予定している。繰り返し処理や、動画像処理などへの応用が適したマルチプロセッサシステムである。

6. 謝辞
広域共同研究の指導機関である電子技術総合研究所の坂上勝彦主任研究官と、客員研究員として御指導い
ただいた日本大学工学部情報工学科山本登教授、原靖彦教授、研究会で助言をいただいた静岡県沼津工業技術センター、石川県工業試験場、大分県産業科学技術センターのみなさんに感謝いたします。

7. 文献(1) 亀山,佐々木,"空間的・時間的並列構造融合型
VLSI プロセッサの最適設計 ",信学論 ,VOL.J80-A,
No.3,p.499,Mar.1977(2) 出口,"高速画像処理装置の動向",計測制御,Vol.
22,No12,pp.28-29,昭 58 年 12 月
(3) 亀山,藤岡,"ロボット用 VLSI プロセッサシステム",日本ロボット学会誌,Vol.14,No.1,pp.22-25,1996

情報処理装置から発生するノイズの低減に関する研究
Suppression of Radiated Emission from Information Technology Equipment
応用技術部
笹 山 淑 弘長 尾 伸 久ノイズ対策部品を使用しない電磁ノイズの対策が求められており、プリント基板のパターンデザインによるノイズ低減方法が模索されて い る 。本 研 究 で は 屈 曲 部 を 有 す る パ タ ー ン に つ い て 、パ タ ー ン 形 状と放射ノイズの相関を調べ、ノイズ低減技法を検討した。
そ の 結 果 、近 傍 磁 界 強 度 、タ イ ム ド メ イ ン リ フ レ ク ト メ ト リ 測 定 から 、パ タ ー ン 形 状 に よ る ノ イ ズ の 強 弱 を 予 測 で き 、ま た ガ ー ド ト レ ースを設置することで放射ノイズが低減できることがわかった。
keywords：ノイズ、パターンデザイン、屈曲部、ガードトレース

100㎜
204㎜

情報技術装置の技術革新は急速に発達しており、処理能力は飛躍的に向上している。その一方、電磁ノイズによる機器相互間の電磁気的な影響、また他の電気・電子制御装置に対する誤作動が問題になり、電磁環
境に対する関心が高まっている。
電磁ノイズの対策には、シールド材、フェライトビ
ーズ、サージアブソーバー等のノイズ対策部品が使われることが多い。しかしながら、近年は製品コストの削減要求が急速に高まっており、対策部品を使わない
ノイズの低減が求められている。
これまでにも、ノイズ対策部品によらず放射ノイズを低減するために、プリント基板のグランドパターン
が放射電界特性に及ぼす影響を検討し1)、さらに信号線路に併走するガードグランドによるノイズ低減効果を確認してきた２）。
本研究では屈曲部を有するプリントパターンと放射ノイズの関係を明らかにし、基板のパターンデザイン
によるノイズの低減効果を検証する。
以下、２．では実験方法について、３．では測定結果と考察について、４．では結言を述べる。

２．２．基板パターン
基板の表面に信号線路のパターンを配し、裏面の基板全面をGNDとして、さらに信号線路以外の銅箔を剥離することで、マイクロストリップ構造とした。
基板パターンは図１に示すように、全長200㎜の直線
線路を、中心部100㎜のところで90ﾟに折り曲げたパターンを基本とし、基板中央部に配置した。
信号線路の幅wは、マイクロストリップ構造の場合、
H.A.Wheelerの線路の特性インピーダンスZ０を算出す
る式３）より、逆算して求めることができる。
本研究では信号線路の特性インピーダンスを、測定装置のインピーダンスと整合させるため50Ωとしたので、表１に示したそれぞれの基板種ごとの比誘電率より、FR-4でw=2.9㎜、FR-1でw=3.1㎜、CEM-3でw=
3.2㎜とした。

100㎜

１．緒言

２．実験方法２．１．実験基板実験に用いた基板は、250×204㎜、基板厚t=1.6㎜、導体銅厚=35μmの基板で、情報技術装置に比較的よく用いられる３種類の基板を用いた。
３種類の基板は表１に示したように、高精度スルー
ホールメッキ用のFR-4、銀スルーホール用のFR-1、汎用スルーホールメッキ用のCEM-3で、基材の違いから
比誘電率がわずかに異なっている。
表１

基板名称
FR-4
FR-1
CEM-3

実験に用いた基板

基板の基材
ガラスエポキシ樹脂
ガラスエポキシ樹脂
紙フェノール

比誘電率εr
4.7
4.4
4.2

W
250㎜
図１ 実験基板

さらに、図１に示した信号線路パターンの屈曲部の形状と放射ノイズの関係を明らかにするために、図２に示すような、屈曲部を信号線路の直線部に対して45ﾟの傾きを持つ直線で面取りしたＫシリーズと、曲線で面取りしたＲシリーズを作成した。
以下、90ﾟの屈曲部を持つ図１に示したパターンをK90と呼び、図２に示した距離・半径ｎが例えば5㎜のものはそれぞれK45-5、R5と呼ぶ。なお、nの値については、測定ごとに定めたので後述する。

信号線路

信号線路

距離 n

半径 n

Kシリーズ

Rシリーズ

これは、プリント基板の放射電界強度が、事前のア
ジマスパターン測定で図３に示すような分布をしていたので、最大の電界強度を測定するためである。

3 m

図２ 信号線路の屈曲部形状

２．３．測定項目及び方法
２．３．１．近傍磁界強度
近傍磁界強度は電磁波妨害源探査装置（ノイズ研究
所：ESV-3000）にスペクトラムアナライザ（HP：8567A）
を接続して、垂直磁界用微小ループアンテナで、基板の信号線面を5mm区画ピッチで175mm×150mmの1050ポイントを、150〜300MHzの周波数範囲で掃引測定した。
信号源は、DC6Vの電源を用い、発振周波数4MHzの水晶振動子出力を74HC00のNAND素子に入力する回路で構成され、その回路から出力されるVpp=6V、周波数=4MHzの矩形波を信号とした。
信号源からの出力は、図１に示したプリント基板の長手方向の信号線路に、SMAコネクタを介して裏面から注入し、信号線路の終端は50Ωの終端器（多摩川電子：ST-003XPA）で整合終端した。
２．３．２．タイムドメインリフレクトメトリ
タイムドメインリフレクトメトリ（TDR）は、ネッ
トワークアナライザ（HP：8720ES）で、１ポートの反射特性測定を用い、周波数範囲100MHz〜20GHzについて行った。 上記と同様にプリント基板の長手方向をネットワークアナライザに接続し、50Ω終端器で終端した。
２．３．４．放射電界強度
放射電界強度は、３m法の当所電波暗室を用い、バ
イコニカルアンテナ（Schwarzbeck：BBA9106）を水平に設置し、電界強度をスペクトラムアナライザ（Rohde&Schwarz：FSB）で測定した。
プリント基板は、0.8mの木製テーブルの上に信号線
路パターン面を上にして、大地面と水平に設置した。
アンテナ高は2.5mとした。これは、この付近でのプ
リント基板からの放射電界強度が、事前のハイトパターン測定で高いことが確認できたためである。
また、ターンテーブルは回転させず、プリント基板とアンテナが、図３に示した位置関係になるよう配置した。すなわち、アンテナのバランと基板の中心間を3mとし、基板はアンテナに対して45ﾟの角度を持って
配置した。

アンテナ

45ﾟ
プリント基板

図３

電界強度測定時のプリント基板の配置

信号源は標準信号発生器（Rohde&Schwarz：SMG）を用い、Vpp=120dBμVの正弦波を30〜300MHzの周波数範囲で10MHzステップで掃引し、２．３．１．と同様にプリント基板の長手方向から信号を注入し、50Ωの終端器で整合終端した。

３．測定結果３．１．近傍磁界強度
磁界の発生は、すなわち電界の発生を意味するところであり、近傍磁界強度分布を面でとらえれば、パターン形状による仮想のアンテナ形状と、そこから放射される電界強度が予測できる。
FR-4基板における近傍磁界強度の測定結果を図４、５に示す。

(dBμV)
図４

FR‑4基板K90の近傍磁界強度分布(dBμV)
図５

FR‑4基板K45‑5の近傍磁界強度分布

図４、５から、K90は67.50dBμV以上の部分がK45-5に比べて多く、一方K45-5の方が61.67dBμV以下の部
分が多いことがわかる。また、R5についてはK45-5とほぼ同様な分布を示していた。
このことからK90の方がK45-5、R5に比べて、磁界強度の大きい点が多く、遠方界における放射電界強度が大きくなると予測されるが、K45-5とR5には差がほとんどないことから、両者間の放射電界強度に大きな差はでないと推測される。
なお、FR-1、CEM-3の基板についても測定を行ったが、同様な傾向が観察された。
プリント基板上の信号線から放射する電界強度は、信号線とそのイメージ電流からなる電流を微少ループ
アンテナに近似することにより求められる４）。理論的には式(1)より、近傍磁界による電流値がわかれば遠方電界が計算できる。
E =131.6×10-16×f2×S× I(f)表２に示したように面取りの形状を大きくし、屈曲部をなめらかにする事で設計値の50Ωに近づき、インピーダンスの不整合が小さくなることがわかる。
このことから、K90の方が、K45-5、R5に比べて遠方界における放射電界強度が大きくなると予測される。

３．３．放射電界強度
３．３．１．パターン屈曲部形状と放射電界強度
FR-4基板について、信号線路パターンの屈曲部の形状による放射電界強度を測定した結果を図６に示す。

× sinθ

(1)
ただし、ｆは周波数、ｒはアンテナからの距離、Ｓはループの面積、Iは入力電流、θはループ面の中心点における法線方向とアンテナのなす角度である。
図６ FR‑4基板における屈曲部形状と放射電界強度
しかし実際には微小モデルに比べてパターンが長く、ループアンテナのモデルとは合致しないこと、信号源
これより、近傍磁界強度、TDR測定結果から予測さ自身もノイズを出していること、電波暗室での床面反れたとおり、K90の放射電界強度がK45-5、R5に比べて射の影響があること、パターンが屈曲しているため多大きくなっている。
くの角度成分が発生し、角度の測定誤差が計算に影響
また、K45-5、R5の差についても、予測通りわずかを与えること等から、ある一点での数値の合わせ込みなものであった。
は困難である。
なお、FR-1、CEM-3についても同様な測定を行った
今回もパターン上の任意の点における近傍磁界強度が、図６に示したFR-4ほどは屈曲部形状による差が見の測定結果から、（1）式による遠方界での放射電界強られなかった。
度の推測を試みたが、不十分な結果であった。
３．３．２．基板の種類と放射電界強度
次に信号線路のパターン形状をK90に固定し、基板
３．２．タイムドメインリフレクトメトリの種類をかえて放射電界強度を測定した結果を、図７
放射電界強度が大きくなる様々な要因の１つに、パに示す。
ターンのインピーダンス不整合による反射がある。このインピーダンス不整合は、パターン幅、グランド形
状の変化、パターンの曲がり等により発生する。
FR-4基板について、図１に示したパターンで、面取りの値ｎを変化させTDR測定を行い、屈曲部の特性イ
ンピーダンスを測定した結果を表２に示す。
r

表２

屈曲部の特性インピーダンス測定結果

n３
Kシリーズ 46.9
R シリーズ 47.2

５
49.3
47.6

10
49.4
47.8

（Ω）

屈曲部が90ﾟの形状であるK90では、インピーダンス
が44.2Ωと、設計値の50Ωから大きくずれているが、

図７

K90パターンにおける基板種と放射電界強度

全体を通して、基板の比誘電率のわずかな違いから
FR-4基板の放射電界強度が高くなっている。FR-1、CEM-3基板については、140MHz付近を境に、強度の上下が逆転している。この原因については、不明である
が、基板の基材の違い等による共振周波数の変化などが関係していると考えられる。
３．３．３．ガードトレースの効果
ガードトレースは信号線路とグランドプレーンの相互インダクタンスを増加させ、帰路電流ループを減少
し、放射雑音の抑制が出来ることを既に報告した2)が、本研究ではさらにパターンに屈曲部を持つものについてその効果が認められるか確認した。
FR-4基板のK90パターンでの、ガードトレースの有無による放射電界強度の測定比較を図８に示す。

図８

ガードトレースの効果

これより、これまでの結果と同様に全周波数帯域においてガードトレースの効果が認められ、屈曲部を持つパターンに対しても、放射電界強度を低減できた。
この帰路電流の変化の様子を観察するために、近傍磁界強度を測定した結果を、図９に示す。

ることで、基板上の電流経路が推測でき、図４と図９を比べると、屈曲部内側の73.33dBμV以上の部分がガードトレースを設置したことで減っており、帰路電流が低下したことがわかる。このことから、ガードトレースの設置により、放射電界強度が低減できたと考えられる。
また、TDR測定から、ガードトレースを設置した場
合の、信号線路のインピーダンスは40数Ωまで低下しており、線路の低インピーダンス化も放射電界強度の低減に寄与していると考えられる。

４．結言
近傍磁界強度分布を面でとらえれば、プリントパタ
ーンの形状差による放射電界強度を、傾向的に予測することができた。
しかし、パターン上の任意の点における近傍磁界強度から、遠方界での放射電界強度の推測を試みたが、十分な一致を得られなかった。
今後は、信号源の低ノイズ化、測定精度を向上し、ループアンテナモデルとの整合を目指す。
TDR測定から、パターン屈曲部の面取り形状を大き
くし、屈曲部をなめらかにすることで、屈曲部のイン
ピーダンスの不整合が小さくなることがわかった。
この結果からも、プリントパターンの形状差による放射電界強度を系統的に予測できることを示唆した。
パターン屈曲部の面取り形状を大きくし、屈曲部をなめらかにすることで、FR-4基板では放射電界強度が低減することが確認できた。
FR-1、CEM-3基板においての挙動は異なっており、基板の基材の影響について検討する必要がある。
ガードトレースの設置により、屈曲部を持つパターンに対しても、放射電界強度を低減できることが確認された。
以上の結果から、本研究の目的としたプリント基板のパターンデザインによる、ノイズの予測・低減手法が確立された。
参考文献(dBμV)
図９

ガードトレースの近傍磁界強度分布

近傍磁界強度の分布形状は、アンペールの法則に基づき、基板上の電流によって誘導される磁界の発生状
況を示している。したがって、基板上の磁界分布を見

１）須藤、長尾：「放射雑音とインピーダンスマッチ
ングに関する研究（Ⅲ）」福島県ハイテクプラザ
試報、p.41,1997
２）笹山、長尾：「プリント基板から発生する電磁界に関する研究」福島県ハイテクプラザ試報、
p.27,1999３）輕部、密澤、宮下：「デジタル回路の伝送路からの放射電磁界強度のシミュレーション手法に関する研究」信学技報、EMCJ97-2、(1997-04)、p10４）Henry W. Ott（出口博一訳）：実践ノイズ低減法、
p.323、ジャテック出版（1990）


− 三県共同研究「新素材開発による繊維製品の高付加価値化研究」−

新規テキスタイルの開発
Development of The New Standardized Textiles.
福島技術支援センター

菅野陽一、長沢 浩、伊藤哲司、佐々木ふさ子
三浦文明、野村 隆、東瀬 慎

福島・山形・新潟の三県が共同で「新素材による繊維製品の高付加価値化研究」を進めており、当県は素材に絹糸を使った「新規テキスタイルの開発」をテーマとして、市場ニーズに応え得るニット用ストレッチシルク素材を開発しオリジナルなテ
キスタイル製品を提案し産地の活性化に資することを目的とした。今年度は、ストレッチシルク（絹加工糸とその製造方法）の開発において絹の独特の風合いを残しながら伸度の改質改良、製糸時のくず糸を活用した絹加工糸の開発、それらの生産技術の確立などを進めた。開発した糸を活用し今年度も昨年同様、県ニット工業組
合加盟のニット製造業者に独自のデザインでシルクニット製品を制作、提案していただき「2000福島県ニット新作発表会」に出品し、好評を得た。
Key words:ニット、シルク、ストレッチ素材、水溶性繊維、絹加工糸、絹意匠糸

１.緒言
一般に絹糸（生糸）をニットに応用した場合、糸にストレスがかからない丸編等の編成法が用いられているが、これは、横編みによる場合、柄などの規制が大きくなってしまうためである。
当県は横編みの産地であり生糸の産地でもあるので、素材に絹糸を使った 「新規テキスタイルの開発」をテーマとして、絹糸に伸縮性を与え編成しやすいニット用シルクストレッチ素材を開発し、市場ニーズに応え得るオリジナルなテキスタイル製品の試作に取り組み、産地の活性化の一助につなげることにした。
本研究期間（三県共同研究）は、平成９年度から１
１年度までの３カ年で、各年度計画概要は下記の通
りである。
平成９年度
ストレッチ素材の開発
ﾌｧﾝｼｰｱｯﾌﾟ･ﾂｲｽﾀｰ（撚糸機）を用いて伸縮性のある素材の開発を行った。
平成１０年度シルクストレッチ素材、ストレッチ・テキスタ
イルの開発
シルクストレッチ素材の開発と、開発したスト
レッチ素材を用いて横編物(ﾎｰﾙｶﾞｰﾒﾝﾄ)の開発を行う。
平成１１年度
ストレッチ・テキスタイルの商品化開発技術を産地企業等に移転し商品化を図る。
今年度（平成１１年度）は、開発したストレッチ
シルク（絹加工糸とその製造方法）と絹意匠糸を活用し、県ニット工業組合加盟のニット製造企業に独自のデザインでシルクニット製品の製品試作を委託した。

２.研究開発の進め方
研究の進め方としては昨年同様、当所と県ニット工業組合で研究開発委員会を設け、当所で素材、テ
キスタイルの開発を行い、それを研究開発委員会に提案選定した素材によりニット工業組合で試作（１５点）加工し、東京での「２０００福島県ニット新作発表会」に出品し商品化を目指した。

福島技術支援センター
繊維科

福島県ニット工業組合

研究開発委員会

素材・テキスタイル
開発

ニット製品試作

新作発表会
（東京）

商 品 化

図１ 研究の進め方

３.シルクストレッチ素材の開発
３．１ ． シルクストレッチ素材の製造方法
一般に編成に必要な伸度は１０％（約４Ｎ）と言われておりその伸度を目指した。（約７００(T/M)の諸糸の絹糸の場合５％であった。）
今回使用した方法は・ダブルカバリング加工（図２参照）
・水溶性繊維・チーズ精練、染色加工の３つのポイントから開発した。まず、ダブルカバ
リング加工において、芯糸に水溶性繊維、鞘糸Ａ、Ｂに生糸を用いダブルカバリング加工を行い、それをチーズ精練、染色加工し水溶性繊維、セリシンを除去することにより、中央部に空間が出現し、糸自体がコイル状になり伸縮性、嵩高性を持たせることができた。今回使用した撚糸機は㈱共立機械製作所の意匠撚糸機ＦＵＴ−３０、水溶性繊維はポリビニ
ルアルコール系の繊維で㈱ニチビ製ソルブロン(Type SX 56D18fil)を使用した。また、チーズ状で精練染色することにより糸に余分な外力を与えずに精練染色し中央部の空間を維持できるのではないかと考えた。（特許出願済）

１０を用いソニー㈱製のカラービデオプリンターＵ
Ｐ−１２００Ａで出力したものである。
図３（Ａ）では鞘糸、芯糸のカバリング状態が観察できる。それを、精練処理すると芯糸部がなくなり空間が見られる。

（Ａ）（Ｂ）
図３ 絹加工糸の外観変化写真（Ａ） カバリング後の絹加工糸（Ｂ） 精練処理後の加工糸
図４は精練後の電子顕微鏡写真である。電子顕微
鏡は日本電子㈱製ＪＳＭ−５８００ＬＶを使用した。

図４

精練後の加工糸の電子顕微鏡写真

電子顕微鏡写真からも中央部に空間が存在することがわかる。

４.絹加工糸の物性について

図２ダブルカバリング加工

３．２ ． 開発糸の外観変化と電子顕微鏡による観察
図３はカバリング加工後と精練後の糸の状態を撮影したものである。撮影は㈱キーエンス製ＶＨ６１

加工糸の空間が物性面においてどのような影響を与えているか、強伸度試験を行った。
４．１．強伸度試験
強伸度試験は㈱島津製作所製 AUTOGRAPH AGS10KNG を使用して測定した。試験内容は破断（切断）までの強伸度、および０〜２、４、８(N)時の伸度を測定した。測定条件は試料長２５０(mm)、
引張速度１２５(mm)、初期荷重０．１(N)で行った。試料の繊度は３１中×８本（186ｄ（練減り25％））で作成した。試料作成条件は表１に示す。
４．２．強伸度試験の結果と考察
試験結果を表２、３に示す。測定試料はいずれも繊度、撚数はほぼ同じもので撚糸方法の異なるものを作成し比較した。 No.１の糸は表２から破断までの強伸度はあまり差がないようであるが、初期のヤング率（０．９，１．０Ｎ時）は一番小さい値を示した。これは一般的な諸糸である No.３の糸の半分近い値であった。また、伸度を測定する時の荷重は

実際編成されるときの荷重を想定して決定した。表３から伸度は、水溶性繊維を使用した No.１の糸が大きい値を示した。荷重４ N 時の伸度は当初、我々が目指した値１０％に近い値となった。図４．にそれぞれの試料のヤング率と伸度を示した。
以上のことから水溶性繊維を芯糸に用いたカバリ
ング加工糸が他の試料の糸よりもヤング率が小さく、柔らかく、伸度の大きい糸だと言える。やはり、中央部の空間とコイル状の形態がこれに起因している
思われる。

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1

図４

表１

撚

糸

方

法

繊

度

と

撚

糸

1.

ダブルカバリング

鞘糸 ３１中×4本

2.

片

撚

り

３１中×8本

3.

諸

撚

り

下撚り （３１中×4本

それぞれの試料のヤング率と伸度条

S 793（T/m)

件
３１中×4本Z 747（T/m)

芯糸 ｿﾙﾌﾞﾛﾝ56D

Z 90（T/m)
S 710（T/m)）×2

上撚りZ 556（T/m)

強伸度試験結果

試料No.

破断点荷重

1.
2.
3.

表３

3

試料作成条件

試料No.

表２

2
試料番号

破断点伸度

ヤング率(0.9N,1.0N )ヤング率(5.0N,5.1N)

(N)

(%)

(N/Tex)(N/Tex)

8.928

26.93

2.935

1.700

7.239

17.48

6.754

1.594

9.346

24.82

5.414

2.071

伸度（０〜２、４、８(N)時：単位(%)）

試料No.

2.0N伸度

4.0N伸度

8.0N伸度

1.

3.542

8.563

20.963

2.

1.701

4.937

‑‑‑‑‑‑‑‑‑

3.

2.070

4.956

16.533

2. の8.0Ｎは切断し測定不能

表４ 提案糸作成条件№

提案糸の種類

素 材 仕 様Ａ
Ｂ
Ｃ

特許出願製法糸
諸糸
ｽﾊﾟﾝﾃﾞｯｸｽ糸

Ｄ
Ｅ
E‑1
E‑2
E‑3
Ｆ

緒糸
意匠糸
ﾙｰﾌﾟﾔｰﾝ（ﾋﾟﾝｸ色)
ﾙｰﾌﾟﾔｰﾝ（ﾚﾝｶﾞ色)
ｽﾅｰﾙﾔｰﾝ (ｸﾘｰﾑ色)
諸糸 [強撚糸]シルク 100％
シルク 100％
芯糸−ﾎﾟﾘｳﾚﾀﾝ
鞘糸−ｼﾙｸシルク 100％

シルク 100％
シルク 100％

芯糸

鞘 糸 (撚数(T/m))Ｓ
Ｚ
ｿﾙﾌﾞﾛﾝ 56D
生糸 31中×4(653)
生糸 31中×4 (610)
生糸 27中×3×3(下 S 260 上 Z 230)
ｵﾍﾟﾛﾝ 30D
生糸 27中×6
生糸 27中×6
×1.5
(378)
(175)
緒糸(生皮苧)絹紡糸 210/2(218)
絹紡糸 210/2(218)「Ｂ糸」
絹紡糸 48/2
柞蚕糸35×4×2(218) 絹紡糸 210/2
柞蚕糸35×4×2(218)
27中×4×4(下 S 1500 上 Z 800)(290)

５．シルクニット製品試作のための提案糸５．１．提案糸の作成条件と特徴
今年度はシルクストレッチ素材糸、甘撚糸の他に緒糸を利用した加工糸、ループ、スナールなどの意
匠糸、シャリ感のある強撚糸などを提案した。緒糸は絹紡糸の原料となるような糸だが繊度、風合いともニットの原料糸となる要素を持つ。そこで今回芯
糸に緒糸鞘糸に細番手の絹紡糸をダブルカバリング
し毛羽立ちを押さえた糸を提案した。表４にそれぞれの作成条件を示す。
５．２．提案糸の評価とこれからの対応策
今回の提案糸は昨年に比べ多くの種類を提案した
ため企業の評価は様々だった。
①Ａ糸のストレッチ絹加工糸は昨年にくらべて扱いやすい評価を得た。
②Ｃ糸のスパンデックス糸は芯糸のウレタンを太くし伸度を大きくしたため編成しやすくなったが淡色でのチーズ染色加工時に内外層に斑がでてしった。
③Ｄ糸の緒糸加工糸は毛羽立ちが少ないが繊度斑が多く編成は難しいという評価を得た。
④Ｅ糸の意匠糸は、飾りが長すぎたのと押さえ
糸もシルクで作成したため飾り糸の押さえがきかなかったので編成時編成後にスリップしてしまった。
それぞれの対応策は、①Ａ糸は糸構造的には昨年と変わらないのだがまずまずの評価を得たのは扱いが２回目であり慣れがあったと思われる。
②Ｃ糸のチーズ精練染色加工における内外層差は、巻密度を小さくし柔らかくワインドするか、径の大きなボビンを利用する。
③Ｄ糸の緒糸は製造元である福島蚕糸（協）が繊度のばらつきのない糸を製造できたので来年はこれを利用した糸を提案していく。
④Ｅ糸の意匠糸は絹１００％にこだわらず、飾りの部分を小さくし押さえ糸に熱可塑性の繊維を用いた素材を提案する。

素材展示コーナー

試作品展示コーナー

６．まとめ
今後の提案素材だが絹１００％だけではなく、他素材（カシミアやナイロン）との意匠、交撚を使いドレ−プ性、洗濯性の改良、コストの安定化など絹の持つ欠点を補うような組み合わせを見つけていき、
より良い素材を開発していきたい。また、平成１２
年度においても試作加工を行い東京で開かれる新作発表会に出展し、産地の活性化につなげていきたい。
最後に平成１１年１１月２６日に行われた「２０００福島県ニット新作発表会」での写真を示す。

試作品のファッションショー



有機薄膜の各種微細加工技術の検討と小型素子の試作開発（第１報）
Establish of technology that of microprocess of organic-film and microdevices with organic-film
生産技術部 渡部一博、本田和夫、藤井正沸、酒井勝雄
材料技術部 伊藤嘉亮
応用技術部 笹山淑弘
平成８〜１０年度産官共同研究開発事業『金属−有機界面における膜利用技術』において作製した電子部品の構成要素として優れた特性を有する機能性有機薄膜を実用的な基板に利用できる大きさに微細化するとともに、小型化による応答性の向上を利用して、従来よりさらに応答性の高いセンサーの作製をするために、ホトリソグラフィー、電子線リソグ
ラフィーなどの微細加工プロセスを適用してシリコン基板一体型の音響センサーのパターン化を行った。
Key words:リソグラフィ、異方性エッチング、音響センサー、蒸着重合法、シリコン、芳香族ポリ尿素

携帯電話等に代表される携帯電子機器の普及により、電子部品も大幅な小型化が求められており、従来のような抵抗やコンデンサなどの既存部品の組み上げではサイズ的に限界がきている。そうした中、半導体プロ
セス等を利用した基板一体型の小型電子部品の需要が増してきており、中小企業においても今後それら技術の導入が必至となってきている。また同時に、より競争力のある、より高付加価値な製品が求められており、材質や形状、構造など他にはない特徴が必要となっている。
これら小型電子部品の開発支援として、平成１１年度ものづくり試作開発支援センター整備事業をとおして、半導体プロセスをもとにした微細加工装置の整備を行ってきた。また、平成８年度より行った産官共同研究事業において、蒸着重合法による電子機能性有機薄膜の開発に成功している 1)。これら電子機能性有機
薄膜は、応答性や構造的柔軟性など従来の薄膜には見られない特徴があり、また製法的には多くのノウハウがあるため普及途上にあり、電子部品の構成要素として十分な競争力を有するものである。今回の研究においては、これら技術を組み合わせて、実際の部品開発に適用することにより、上記要望に応えかつ新規の電子部品の開発を行うことを目的としている。今年度の研究においては、電子機能性有機薄膜のうち最も安定して作製が行えるポリ尿素を用いて、ポリ尿素の持つ高い圧電性を効果的に利用できるものとしてシリコン
基板一体型の音響センサーの開発を行った。

２.試作プロセス

音響センサー（図１）のパターン化を図２のプロセ
スにより行った。以下、それぞれについて説明する。

圧電性有機薄膜

薄膜電極

1μm

１.緒言

基板

300μm

メンブレイン
800μm
図 1 音響センサー概略図
２.１. ホトマスクの作製
基板パターン用ホトマスク、電極パターン用ホトマ
スクを表１の条件により作製した。
それぞれのホトマスクには両面アライニングするためのレジストレーションマークを同位置に形成した。
２.２.レジストパターンの作製
このホトマスクを使って表２の条件によりレジストのパターン化を行った。
露光方式としては、ソフトコンタクト露光とハード
コンタクト露光（窒素圧力 0.5kg/cm2）を実施したが、後者のほうが形状保持性に優れたため、以後はハードコンタクトを主に用いた。
ポストベーク後DEKTAK2020日本真空技術㈱製によりレジストの膜厚測定を行った結果、OMR83:1.0μm,OFPR800:1.2μm であった。

紫外線
ホトマスク
SiO2膜
①酸化膜の形成②レジスト塗布
CF4プラズマ⑥レジスト除去
KOH水溶液③パターン露光⑤酸化層エッチング④現像
ヨウ化カリウム水溶液

温水⑧電極用金属膜製膜⑦基板エッチングおよびレジストパターン化

図２⑨電極エッチング

素子作製プロセス

表１ 電子線リソグラフィ条件
工程条
件
レジスト塗布 EBR-9 東レ㈱膜厚0.5μm、190-120℃
およびプリベ ×15 分：ブランクマス ULCOATーク
DUFR-4009(P)-LEB（アルバック成膜㈱製）
露光
加速電圧20kVビーム電流1×10-10A、ドーズ量 4μC/cm2（電子線描画装置 ELS-3700S㈱エリオニクス製 使用）
現像
DVL7 ２分浸漬
リンス
RNS １分浸漬
ポストベーク 恒温槽(HU5106 本田電子㈱製)115℃
×30 分
Cr エッチン 硝酸セリウムアンモン＋過塩素酸水
グ
溶液（Ce(NHO3)4 ・2NH4 ・NO3 ・xH2O:164g,HClO4:22ml,H2O:500cc）
にて 53 秒浸漬
レジスト剥離 剥離液 REM1 東レ㈱ 180 秒浸漬
剥離液 REM2 東レ㈱ 180 秒浸漬
２.３.基板のパターン化
２.３.１.エッチング方法の検討
Si 基板加工の方法としては、掘り込む深さが 0.3mm
以上あることからウエットエッチングを採用した。ウ
エットエッチングのなかでも横方向のダレを抑えるため、異方性エッチングを使った。Si の異方性エッチャントとしては、一般的に良く知られたアルカリエッチ
ャントである水酸化カリウム（KOH）水溶液（濃度３０％）を使った。ここでは Si の KOH に対する{100}面と{111}面のエッチングレートの差を利用して台形

表２ ホトリソグラフィ条件
工程
条
件
洗浄
超純水５０℃超音波洗浄 ５分
超純水常温 超音波洗浄 ５分
レ ジ ス ウエットエッチング用：ネガ型 OMR83
ト塗布 粘度 60cp 東京応化工業㈱ドライエッチング用：ポジ型 OFPR800
粘度 50cp 東京応化工業㈱初速 300rpm×3 秒
本速 5000rpm×20 秒.
（スピンコータ SP-30㈲三井精機製 使用）
プ リ ベ ホットプレート 110℃×90 秒ーク
露光
g 線 27mW/cm2×２秒（露光機 PEM-800 ユニオン光学㈱使用）
現像
現像液 SG 60 秒浸漬
NMD-3 72 秒浸漬
リンス OMR リンス 60 秒浸漬
純水 30 秒浸漬
ポ ス ト ホットプレート 145℃×300 秒
ベーク ホットプレート 120℃×300 秒
レ ジ ス クリーンストリップ 90℃×3 分→ストリッ
ト剥離 プリンス-4×1 分→ IPA×1 分→水洗型に Si 土台を加工する。
２.３.２.エッチングマスクの検討
エッチングマスクとしては、実験当初各種レジストを用いたが、溶解や剥離が生じた。特に、有機アルカ
リを現像液とするノボラック系レジストでは著しかった。また、ゴム系レジストについても基板との密着性が不十分であったため剥離したと考えられる。そこで、
Si との密着性に優れる熱酸化皮膜 SiO2 をウエハ表面に形成し（厚さ 1μm）、これをエッチングマスクとして使った。
２.３.３.エッチングマスクのパターン化
熱酸化皮膜である SiO2 はアモルファスであるため、結晶性を利用したウエット法による異方性エッチングができない。また、基板とのエッチング選択比からエッチャントがない。そこで、SiO2 のパターン化には異方性に優れたイオンによるドライエッチングを用いた。
ドライエッチングは、ECR イオンシャワー装置（㈱エリオニクス EIS-200ER）により表３の条件で行った。
表３ ECR エッチング条件
CF4 6SCCM
導入ガス流量500V
加速電圧1.5mA/cm2
イオン電流
真空度
7×10-3Pa
2.54GHz 100W
マイクロ波
875Gauss
直流磁場
加速電極−サンプル間距離 300mm
エッチング時間30 分
ここでエッチングマスクに絶縁体のレジストを使う
ためチャージアップを避けるようニュートラライザを使用した。
２.３.４.Si 基板の異方性ウエットエッチング
上記のように、パターン化された SiO2 マスクを使って KOH 水溶液（濃度３０％）６０℃に基板を浸漬することにより、異方性エッチングを行い Si 土台のパターン加工をした。
２.４.圧電性有機薄膜の形成
上記のようにパターン化された Si 基板の裏面に、圧電性有機薄膜である芳香族ポリ尿素(PU)薄膜を形成した。４，４ −ジアミノジフェニルメタン（MDA）と４，４ −ジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）を原料に有機薄膜形成装置 VEP1000（日本
真空技術㈱製）により、表４の条件で厚さ 0.5μm のPU を成膜した（図３）1)。
表４ 蒸着重合条件
モノマー蒸発温度
MDA109℃,MDI69℃
真空度
5×10-3Pa
基板温度
常温
成膜速度
0.6nm/秒

M DI
OCN

M DA
NCO

CH 2

H
N
O

CH 2

H 2N

+

H

H

N

N

CH 2

NH 2

H
CH 2

N

O

n

PU
図３ PU 生成反応
２.５.電極薄膜の形成電極としては、Au,Pd,Ti などの厚さ 0.1〜0.2μm の薄膜を検討した。Au,Cr,Cu,Al について当初 RF ヘリ
カルスパッタ（無機薄膜形成装置 VEP1000（日本真
空技術㈱製））を用いたが、基板温度が低かったため薄膜と基板との密着性が不十分であり、ウエットエッ
チング中に薄膜が剥離することが分かった。これは、成膜後のアニールにより改善されたが、成膜速度が遅
いため、以後、成膜速度の速い電子ビーム蒸着（高真空蒸着装置（日電アネルバ㈱製））を主に用いることとした。その成膜条件を表５に示す。
表５ 電子ビーム蒸着条件
Au
Ni
Pd
350
150
200
ビーム電流（mA）
4.0
4.0
4.0
加速電圧（kV）
150
150
150
基板温度（℃）
10-4
10-4
10-4
真空度（Pa）
2.5
1.0
成膜速度（nm/秒） 5.0

Ti
180
4.0
170
10-4
2.0

２.６.電極のパターン化
２.６.１.エッチング方法の検討
パターン化には、実験当初厚さ 1μm の OFPR800をマスクとして Ar イオンによるドライエッチングを行ったが、材料の選択比がさほど取れないため、薄膜のパターン化は困難であった。特に、Ti などのスパッタ率の低い材料に対しては厚さ 0.2μm 以上の薄膜のパターン化は非常に困難であった。
２.６.２.電極のウエットエッチング
そこで、表６に示すエッチャントとエッチング時間で各電極薄膜（厚さ 0.2μm）のウエットエッチングを行った。
エッチングは等方性であるが、エッチング深さとパターン寸法の比率から特に問題ないと考えた。エッチ
ングマスクとしては厚さ 1μm の OMR83 を用いた。

表６ 電極薄膜のウエットエッチング条件
Au ヨウ化カリウム水溶液(KI:80g+I2:20g+H2O:160ml)
Ni Au と同じ
Pd
Ti

40
秒
15
秒
33
塩酸硝酸酢酸混合液(NHO3:10ml+HCl:1ml+CH3COOH:10ml) 秒
3
ふっ酸硝酸酢酸混合液(HF:5ml+NHO3:15ml+CH3COOH:60ml) 秒

３.結果
以上のプロセスにより、単位サイズ 1mm、アレイ
数 100 個の音響センサーがパターン化された（図４，５）。

図４ パターン化された Si 基板

表７ 各工程の必要時間
ホトマスクの作製
20 時間
レジストパターン作製
1 時間
基板のパターン化
40 時間
圧電性有機薄膜の形成
2 時間
電極薄膜のパターン化
3 時間
このように、一見長時間を要するためにコスト的に不利なように受け取られがちだが、これらの組み上げを必要としない工程を確立すれば、一度に大量の素子を作製することができ、安価で高性能のセンサーなどを作製することが可能となると考える。

４.今後の課題
基板のパターン化において、長時間のエッチングや温度の高いKOHを使うとSiO2 マスクが解けることがわかった。したがって、今後センサーの試作にあたり
メンブレムの薄型化を進めるためには、基板の薄肉化、エッチャントとして今回用いた無機アルカリではなく水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液などの有機アルカリを用いること、マスクとして SiO2 では
なく Si3N4 を用いることなどの課題が考えられる。また、エッチング終端面には音響センサーの特性を阻害する要因で Ra~0.2μm 程度の面荒れがあった。これは、エッチング反応で発生した泡によるものである。
これに対しては、ストッパー層としてエッチングレー
トが非常に低い B ドープ層を使うことが考えられ、現在実験を進めている。
以上の対策により、今後音響センサーの音センシン
グや音発信ができるようになると考える。

５.結言
電子線リソグラフによる光マスクの作製、ホトリソ
グラフィによるパターン加工、SiO2 の ECR イオンエ
ッチング、Si の異方性エッチング、両面アライニングなどの要素技術を利用してシリコン基板一体型の音響センサーのパターン化を行った。その際、基板や薄膜のパターン化のためのエッチング方法、条件を検討し、レジストの現像特性や基板や薄膜のエッチング特性について知見を得た。
図５ 両面アライニングでパターン化された電極
異方性エッチングによって形成された台形の{100}面と{111}面のなす角度は 54.7 度である。丁度、このSi の異方性エッチング終端面の反対側（裏側）に両面
アライニングによって図５のような電極パターンが形成できた。
各工程を終了するのに要する時間を表７に示す。

参考文献
1)：産官共同研究開発事業（平成 8〜10 年度）『金属−有機界面における膜利用技術』研究成果報告書（1999）




製造プロセスにおける高精度評価装置の開発―大型円筒用真円度測定機の開発―
Development of High Precision Measuring Machine for Production Process―Development of Roundness Measuring Instrument for Large Sized Cylinder―

生産技術部 遠藤勝幸

菅原康則

酒井勝雄

平成９〜１０年度に行った研究テーマ｢オンマシン真円度測定機の開発｣において確立された、大径長尺ワークを対象とした三点法による真円度測定法を用いて、生産現場での使用を想定した測定機の試作開発を行った。組み込みマイコンを用いた、持ち運び可能な測定機とした。試作機を用いて測定実験を行った結果、操作性、測定精度とも、生産現場での実用に耐えうるものであることを確認した。

Key

words:真円度、三点法

１．緒言
印刷機械などに用いられる、比較的太い径で長尺のシャフト部品の真円度を測定するため、筆者らは、広く研究されている三点法 1)を応用した測定法について検討を行ってきた 2)3)。本研究では、これらの結果を用いて、生産現場での使用を想定した測定機を開発試作することを目的とする。
以下、試作した測定機の構成、機能、および測定結果等について述べる。なお、対象
ワークの測定法の現状とその問題点、三点法の原理とこれを採用するに至った経緯等については、参考文献
2)3)を参照されたい。

②

③

④
⑤

２．試作機について
２．１． 主な仕様
本研究で主に測定対象とするワークは、以下のような印刷用ロールである。
直径 φ60〜φ150 ㎜
長さ 1,600〜2,650 ㎜
材質 SUJ(軸受鋼)、他
硬さ 65〜70HS(48.4〜52.3HRC)要求される真円度 4μm 以下
試作機の測定範囲と測定精度は、上記を満たすものとする。ただし、上記を満たせば、測定対象は印刷用ロールに限定されない。また、その他、以下のような指針を設けた。
① 加工機上での使用を前提としない。理由は、真円度測定の要求があるのは円筒研削加工後であるが、円筒研削盤には十分なスペースが少なく、取り付けるには加工機に大掛かりな改造が必要であること、特定の加工機で加工したものしか測定ができなくなること、加工機上で測定しても、修⑥⑦⑧正加工を施すことは難しいため、あえて加工機上で測定する意味が少ないこと、である。
一ヶ所に固定せず、持ち運び可能なものとする。
測定対象は比較的大型で、重量も大きい。これを測定機まで移動することを最小限にするため、測定機側を持ち運び可能なものとする。できるだけ小型で、重量は 15kg 程度以下にする。
AC100V のみで動作し、空圧等を用いない。これも、持ち運びを容易にし、測定場所を限定しないためである。
400 ㎏の重量に耐える。最大のワークの重さが、この程度と見込まれるため。
JIS B 7451 に準拠した真円度測定を可能とする。
すなわち、LSC(最小自乗)中心定義法、および、
15 山、50 山の 2CR ローパスフィルタを実装する。
ただし、使用頻度が少ないと思われる機能は実装しない。
できるだけ簡単な操作方法であること。
測定結果の形状表示機能、印刷機能を持つ。
防塵、防油対策がなされていること。

２．２．試作機概略
前節の仕様に基づき、測定機を試作した。概略図を
Fig.1 に、装置写真を Fig.2 に示す。
本装置に使用した変位センサは、最小分解能 0.1μm のリニアスケールである。対象が熱処理を施された
比較的硬い材料であるため、接触式でも傷がつくような問題が少ないと判断した。また、差動トランスによる電気マイクロメータなど、アナログ電圧を出力する
変位センサでは、解析用コンピュータにデータを入力するために AD コンバータを必要とするのに対し、リ
ニアスケールではカウンタ回路のみで入力が可能となるため、構成を簡単にすることができる。分解能におFig.1 試作機概略

Fig.2 装置写真
いても、4μm の真円度を測定するのに十分であると判断した。さらに、リニアスケールは校正の必要がな
いため、測定機の取り扱いが容易になるという利点もある。
ワークの回転角の検出には、1 回転あたり 1024 パ
ルスを出力するロータリエンコーダを用いた。
ワークの回転は手動で行い、モータは用いない。小型軽量にすること、できるだけ安価にすることを目指すためである。
計算処理部のコンピュータには SH-4 を、測定結果の表示および操作部には V25 を用いた。
本測定機の主な仕様をまとめると、以下の表のようになる。
Table 主な仕様
測定ワーク径測定ワーク長さ測定ワーク重量センサ分解能繰り返し精度
中心定義法
カットオフフィルタ

最小 50 ㎜〜最大 150 ㎜
最短 500 ㎜〜
400 ㎏以下
0.1μｍ±0.1μｍ程度
LSC(最小自乗中心)
15、50U/R

Fig.3 真円度測定結果

Fig.4 市販機による測定結果

３．測定実験
本測定機の有効性を確認するため、測定実験を行った。Fig.3 は、直径φ50 ㎜、長さ 700 ㎜のシャフトの真円度を測定した結果である。測定条件は、カットオ
フフィルタが 15 山、また、繰り返し誤差を低減する
ため、10 回転分の測定結果の平均値を取っている。
Fig.4 は同じシャフトの同じ部分を、市販の真円度測定機で測定した結果である。測定条件は、カットオフ
フィルタは同じであるが、数回転分の平均値を取ることは行っておらず、一回転分の測定値である。Fig.3と Fig.4 より、本測定機は、市販機と遜色のない測定が可能であることが示される。
Fig.5 は、実際の印刷用ロールを本測定機で測定している様子であり、Fig.6 は、その測定結果である。
測定条件は、Fig.3 における測定と同じである。測定したロールは、直径φ90 ㎜、長さ 1,600 ㎜、重さ約60 ㎏の中実のシャフトである。測定結果より、本ロー
ルは、要求精度である 4μm の真円度を十分に満たしていることがわかる。また、若干ではあるが、一周あたり 9 山の凹凸があることも明らかとなった。本ロールのような大型ワークに対して、切断することなくこのような測定結果を得ることは、従来は困難なことであった。

Fig.5 印刷用ロールの測定

４．結言
生産現場での実用を想定した真円度測定機の試作開発を行った。測定実験の結果、十分に使用に耐える精度を持つことが示された。今後は、実際の工場での使用をとおして、使用感、耐久性、精度などの問題点を洗い出してゆく計画である。さらに、円筒度測定の手法について検討してゆく。
参考文献
1) 青木、他：３点法真円度測定法の一展開、精密機
械、32､12(’66)､831
2) 遠藤、他：オンマシン真円度測定機の開発、平成
9 年度ハイテクプラザ試験研究報告、p.81
3) 遠藤、他：オンマシン真円度測定機の開発、平成
10 年度ハイテクプラザ試験研究報告、p.55

Fig.6 測定結果

県産農産物を利用した機能性食品の開発−各種大豆の栽培特性と加工適性−
Deplopment of the Physiologically Functional Foods Using the Agricultural Products from Fukushima Prefecture-Cultivating Characteristics and Processing Suitability about Various Soybeans-

会津若松技術支援センター
郡山女子大学短期大学部
福島県農業試験場
協業組合郡山とうふセンター

遠藤浩志 大野正博
金子憲太郎
丹治克男 二瓶直登
二平光行

県産農産物を利用した新しい機能性加工食品の開発を目的に、その原料となる各種大豆の栽培適性や加工適性、豆乳製造工程中の大豆イソフラボンの消長等について試験を行った。各種大豆を試験栽培したところ、品質・収量の点で対照と遜色なく十分可能と思われた。大豆のイソフラボン含量は、品種、産地によって大きく異なるが、特にリポキシゲナ
ーゼ欠失大豆の一種である東北 135号は普通大豆よりも高く今後の利用が大きく期待された。豆乳中へ効率よくイソフラボンを移行させるために予め大豆を脱皮することは非常に効果的であった。
Key words:大豆、大豆加工食品、大豆イソフラボン、リポキシゲナーゼ

1. 緒言
高齢化社会の進行や生活習慣病の増加に伴い、健康食品に対する関心はこれまでになく高まっている。こ
うした中、古くから日本人の重要な食糧資源として活用されてきた大豆は、脳卒中や心臓性疾患に対する予防効果、さらに最近では各種ガンに対するリスクの軽減や更年期障害の軽減など、老化防止効果１）も明らかにされつつあり、栄養面のみならず生体防御機能の面から世界的に大きな注目を集めている。
本研究は、大豆の持つ機能性成分の一つであるイソ
フラボンに着目し、大豆や果実等の県産農産物を利用し、高齢者から若者までの広い世代の嗜好にマッチした、イソフラボン含量が高くフルーティーでヘルシーなゲル状の新しい機能性加工食品を開発し地域特産化する事を目的としている。
今年度は、その原料となる各種大豆の栽培適性や加工適性、更に、豆乳製造工程におけるイソフラボンの消長等について主に試験を行ったので報告する。

2. 実験方法
2.1.各種大豆栽培適性試験
農業試験場の圃場において、スズユタカ及びタチナ
ガハを対照とし、東北 135号（リポキシゲナーゼ全欠
失大豆の一種、以下リポ欠大豆とする）、東北 139号
（低アレルゲン系統の一種、以下低アレルゲン大豆とする）、農試保存 4（青大豆）、東北 133号（黒大豆）の６品種について、播種期5月24日、１区面積 10.5㎡で栽培試験を行ない、開花及び成熟時期、外観による品質判定、子実収量などの検討を行った。
2.2.大豆の一般成分及び豆腐のゲル強度試験に供した大豆は栽培適性試験にて収穫したタチ

ナガハを除く５検体である。これらの大豆を実験室用
小型粉砕機にて粒度を32Ｍ以下に調整し、水分、蛋白質、脂質、全糖、灰分、Caの分析に供した。また、豆腐製造試験は沼田２）の方法による加熱絞りの方法に従い、大豆100gを使用して６倍加水の豆乳を調製した後、グルコノデルタラクトン（GDL）0.3％でゲル化させ充填豆腐とした。調整した充填豆腐について一般成分のほか、（株）サン科学製のレオメーター COMPAC-100
を使用して、プランジャーの直径10mm、テーブルスピ
ード6cm/min、試料の高さ15mmの条件でゲル強度を測定した。
2.3.イソフラボン含量の測定
大豆及び大豆加工品について島田等３）の方法に従い
ＨＰＬＣ法によりイソフラボン含量を測定した。大豆は粉砕し、大豆加工品は凍結乾燥した試料に10倍量の0.1％酢酸・70％エタノール溶液を加え、室温にて１時間抽出後、遠心分離し、その上澄みを 0.45μmメンブ
ランフィルターでろ過したものを試料液とした。試料液を日立高速液体クロマトグラフと、カラムはLiChrosorb RP-18（7μm、4×250mmガスクロ工業製）
を使用し、検出波長260nm､温度40℃、流速1ml/minの条件で分析を行った。溶離液はA液として20mM燐酸ナ
トリウム緩衝液（pH3.0、酢酸にて調整）、B液として
アセトニトリルを使用し、分析開始の時点でB液を10％、30分後に50％になるようグラジェント溶離を行った。標準物質としてはナカライテスク（株）のダイジ
ン、ダイゼイン、ゲニスチン、ゲニステインを用いた。
マロニル型とグリコシル型の分別は、マロニル型が80℃、15時間の抽出条件で加水分解を受けグリコシル型へと変換される４）ことを利用し、室温と80℃で抽出した試料のイソフラボン含量差から求めた。

2.4.脂質過酸化度の測定
大豆加工中に生成される不快臭（n-ヘキサナール）
発生の原因は、大豆子実中のリポキシゲナーゼによって生じた過酸化脂質がヒドロペルオキシドリアーゼの作用を受けて生成すると言われる。そこで、一般成分分析に用いた５種の大豆を試料とし、これを粉砕した
大豆粉に20倍の蒸留水を加えてサスペンドし、60分放置後に生じた過酸化脂質と、これら５種類の大豆の豆腐を作るために調整した６倍加水豆乳中の過酸化脂質を分析し、脂質過酸化度として示した。その際の分析
試料の調製と測定は、ジエチルチオバルビツール酸（DETBA）法５）に従った。
2.5.脱皮大豆全量を利用した豆腐の試作
大豆の持つ栄養成分や数々の機能性成分、更に資源の有効利用の観点から、脱皮大豆を全量利用した工場
規模での豆腐の試作試験を以下の手順で行った。
予め脱皮した大豆60kgを使用して常法によって充填
豆腐用の豆乳を製造する。 その際に副生されたオカラに等量の豆乳とそれぞれ0.05％のセルラーゼ（セルクラスト）とグルカナーゼ（ビスコザイム）を加え45〜
50℃で２時間作用させた後、85℃で５分間加熱して失活させた。
冷却後、マスコロイダーにて磨砕し、微粒化した磨砕オカラを、元の豆乳に対して全量及び半量を加えて混合した後、充填豆腐を試作した。
試作した充填豆腐について、ゲル強度、蛋白質、官能審査などを行った。

3. 実験結果及び考察
3.1.各種大豆栽培適性試験
大豆の生育状況及び収穫量について表１と図１に示した。東北 135号（リポ欠大豆）は中生で、子実重、

表 １ 大 豆 の生 育 状 況
品 種

播種期
(月 日)

開花期
(月 日)

成熟期
(月 日)

100粒 重(ｇ )品質(1 - 7 )ｽｽﾞﾕﾀｶ

5/24

8/3

10/18

32.0

3

ﾀﾁﾅｶﾞﾊ

〃

7/31

10/27

39.1

4

ﾘﾎﾟ欠 大 豆

〃

8/4

10/21

32.7

3

低 ｱﾚﾙ ｹﾞﾝ

〃

8/3

10/26

33.2

2

青 大 豆

5/25

8/4

10/23

41.3

4

黒 大 豆

5/24

8/5

10/28

67.6

3

品 質 , 数 値 の低 いも のほど 品 質 がよい

百粒重、品質ともスズユタカ並である。東北 139号（低アレルゲン大豆）は中生の晩で子実重、品質はスズユ
タカに優り、百粒重は並であった。東北 133号（黒大豆）は晩生、大粒で子実重、品質は並であった。これ
らの結果から、試験を行った各種大豆はいずれも栽培特性は対照区と比べ遜色はなく、県内での栽培は十分可能であり、機能性食品開発の素材として有望と考えられた。
3.2.大豆の一般成分と豆腐のゲル強度
大豆の一般成分について表２に示した。スズユタカに比較し、低アレルゲン大豆の一種である東北 139号
は蛋白質が高く脂質や炭水化物は低い値である。また、
青大豆、黒大豆は蛋白質はやや高く、炭水化物は同程度であり、脂質はやや低い傾向であった。これに対しリポ欠大豆の一種の東北 135号は蛋白質含量がやや低
く、炭水化物は高かった。
この様に、今回試験した大豆の中では、リポ欠大豆（東北 135号）だけが、蛋白質において対照のスズユ
タカよりは若干低い値であった。しかし、同じくリポ
キシゲナーゼ欠失系統である いちひめ 等の他の分
析例２，３）に比較すれば、特に低い値ではなく、今後の加工適性に大きな影響はないものと推定された。次に、供試した５種類の大豆について、それぞれ６倍加水の豆乳を調製した後、GDL 0.3％を加えて加熱し充填豆腐を製造し、その蛋白質含量及びゲル強度について図２に示した。豆腐の蛋白質は、対照のスズユタカに比較し青大豆で同程度、黒大豆ではやや高かったがリポ
欠大豆（東北 135号）はやや低く低アレルゲン大豆（東北 139号）になると 1.4％と、かなり低かった。豆腐のゲル強度は、対照のスズユタカよりも高い値を示したものはなかったものの、低アレルゲン大豆を除いては加熱絞りによる方法によって十分豆腐原料になりうるものと判断された。今回使用した低アレルゲン性を示す東北 139号の場合、加熱絞りによる豆乳製造方法
では蛋白質の抽出率やゲル形成能が低かったが、

表２ 各種大豆の成分分析結果 (乾 物 換 算 値 )成 分

ｽｽﾞﾕﾀｶ普通大豆

東 北 1 3 5 号 東 北 1 39 号 農 試 保 存 ４ 東 北 1 3 3号
ﾘﾎﾟ欠 大 豆 低 ｱﾚﾙｹﾞﾝ
青 大 豆
黒 大 豆

蛋 白 質 (％ )4 1 .840.9

45.8

42 . 244.9

脂 質 (％ )2 1 .4

19.8

20.2

21.0

18.7

炭 水 化 物 (％ )3 1 .1

33.7

28.4

31 . 131.0

灰 分 (％ )

5 .7

5.6

5.6

5.7

5.5

ｶﾙ ｼｳﾑ (m g％ )

2 41

182

345

300

186

こうした現象は東北 139号以外６）にも見られる。今後
は生絞りによる豆乳調整方法を含めた豆腐への加工法
や、大豆全体を利用した豆腐以外の加工法の検討が必要と思われる。
3.3.品種、栽培地、播種期の異なる大豆のイソフラボ
ン含量
農業試験場において試験栽培を行った各種大豆のイ
ソフラボン含量について図３に示した。イソフラボン
含量は品種間に顕著な差が認められ、スズユタカと比べると、東北 135号（リポ欠大豆）や青大豆は高く、
東北 139号（低アレルゲン大豆）や東北 133号（黒大豆）は明らかに低い値であった。 ここで特に、加工時に青臭みを生成しないとされる東北 135号が高いことは今後の機能性食品素材として大きく期待される。
一方、イソフラボンの多くはマロニル体（ゲニスチン
主体）として存在しており、グリコシル体やアグリコンでの存在は僅かな事も明らかとなった。次に、県内５ヶ所の試験地において栽培された２品種の大豆のイ
ソフラボン含量を図４に示した。
これを品種別に見ると、いずれの試験地においてもスズユタカの含量はタチナガハよりも高く、その値は1.1〜1.7倍であった。また、産地別に見た場合においてもイソフラボン含量には、例えば同一品種で比較した場合、喜多方産は最も少ない石川産の約1.6倍の値を示すように、産地間によっては顕著な差が認められた。
次に播種期の違いによる大豆イソフラボン含量について図５に示した。標準播は５月下旬に播種し、７月下旬に開花、10月中旬に成熟し、晩播は、６月下旬に播種、８月上旬に開花、11月上旬に成熟したものである。標準播と晩播のイソフラボン含量は郡山では差が認められないが、坂下ではスズユタカ、タチナガハ共に晩播の方が高かった。開花期から成熟までのいわゆる登熟期の平均気温は晩播の方が幾分低く推移しており、こうしたことが影響しているとも考えられる。
3.4.市販豆腐、油揚げ類のイソフラボン含量
市販のオカラ炒り（オカラに野菜や水産物を混合して炒めた惣菜）、油揚げ、豆腐のイソフラボン含量について図６に示した。オカラ炒りや油揚げ類のイソフ
ラボン含量は豆腐の半分以下でかなり低い。豆腐の中では木綿豆腐が絹ごしよりもやや高く、最も高いのはオカラを酵素処理の後、豆乳と混合してゲル化したとされる大豆まるごととうふ（商品名）であり、豆腐の約1.5倍の値であった。また、大豆中では約８割がマロニル体として存在していたイソフラボンは、加工中に加熱による分解を受け、かなりの部分がグリコシル体に変化していた。

3.5.豆乳製造工程中のイソフラボンの消長と大豆から調整した豆乳（６倍加水）について、過酸
豆乳製造工程におけるイソフラボンの消長について、 化脂質を測定し、その結果を図８に示した。
丸大豆と脱皮大豆を原料として検討し、結果を図７に大豆粉の脂質過酸化度は、対照のスズユタカが東北示した。なお、豆乳の製造工程の最初に、大豆は洗浄
135号（リポ欠大豆）の23倍の値であったのに対し、東され、吸水が行われるが、今回、丸大豆を使用しての
北 139号（低アレルゲン大豆）は22倍、黒大豆、青大
洗浄水や浸漬水からはイソフラボンは検出されず、ほ豆では25〜30倍と、対照よりもいずれも高い値であっとんど流出はしないことを確認している。また、イソた。これらの大豆も豆乳にすると1/4〜1/5に低下したが、７）
フラボンの溶出は加熱により促進される 事が指摘さ東北 135号（リポ欠大豆）と比較すると依然３〜５倍の値を示していた。
れていることから、豆乳のイソフラボン濃度を高める
従って、普通大豆を使用する場合は勿論、機能性をために、呉汁を加熱した後に豆乳とオカラの分離を行持つ東北 139号（低アレルゲン大豆）、更に青大豆・った。
黒大豆を利用し、大豆臭の少ないクセのない加工品を加熱した呉汁を豆乳とオカラに分離する際、その生作る場合、その前処理として何らかの方法にてリポキ
成比率を重量比で見ると、丸大豆を使用したものの豆シゲナーゼを不活性化する必要がある。
乳が78％であるのに対し、脱皮大豆を使用すると87％に上昇した。しかもイソフラボン含量は丸大豆豆乳が3.7.脱皮大豆全量を使用した豆腐の試作
24.2mg %に対し、脱皮大豆豆乳は26.2mg %とやや高資源の有効利用及びオリゴ糖やイソフラボン等の機い結果となり、従って呉汁から豆乳へのイソフラボン
能性成分保持の観点から、オカラを出さない豆腐造り
移行率は、有皮大豆使用豆乳で約７割、脱皮大豆豆乳
においては約９割であることが確認された。この様に、 について、微塵入り豆腐８）や、呉汁をマスコロイダー
大豆を脱皮することは、オカラの生成量を少なくし、で複数回処理する方法９）など種々試みがなされている。
同時に豆乳収量、豆乳のイソフラボン含量、イソフラ
しかし、それらの多くは豆腐の製造現場事情からすれ
ボン抽出率の増加等、数々のメリットが生じた。
ば、いずれも煩雑で品質的にも凝固性や舌触り等の点で課題が残されている。
3.6.各種大豆の脂質過酸化度
そこでわれわれは先の実験において、脱皮大豆を利栽培試験を行った５種類の大豆を粉砕した大豆粉と用し豆乳を調整する事によって、オカラの生成量が少図 ７

イ ソ フ ラ ボ ン の 消 長なく、且つ豆乳の蛋白質やイソフラボン含量が高まる
結果が得られた事から、実験方法2.5.に示した方法にてオカラを利用した豆腐の試作を工場にて行ない、丸大豆や脱皮大豆から製造した絹豆腐などとゲル強度や蛋白質含量について比較した。その結果を図９に示した。
この中でオカラ入り豆腐 １は、呉汁を豆乳とオカラに分離した時のオカラを酵素処理し、その全量を再度豆乳と混合した後にゲル化したもので、オカラ入り豆腐 ２は同様に酵素処理オカラの半量を混合したものである。更に、市販のオカラ入り豆腐は、丸大豆を同様に処理し、副生されたオカラを酵素処理後、その適当量を元の豆乳に混合されたものである。
豆腐の蛋白質は５〜 5.5％の範囲にあり、全般的にオカラ入り豆腐の方が絹ごし豆腐よりもやや高くなる傾向を示した。しかし、オカラ入り豆腐のゲル強度は、全般に絹ごし豆腐に比べて低く、且つオカラの混入割合が高いほど低下する傾向が認められた。こうした傾向は、大豆を全量使用を目的とした試みの中では共通して認められる。今回の試験において副生されたオカ
ラは、脱皮大豆を使用したことにより比較的滑らかで量的にも少ないため、酵素処理によってテクスチャーは改善され、凝固性低下の現象は最小限に抑えられたと考えられた。

3. 結言
大豆の持つ機能性成分の一つであるイソフラボンに着目し、大豆を主体に牛乳や果実など県産農産物を利用して新しい機能性加工食品の開発を目的として、本年度はその原料となる各種大豆の栽培適性や加工適性、更に豆乳製造工程におけるイソフラボンの消長などについて試験を行った。
その結果、東北 135号（リポ欠大豆）や東北 139号
（低アレルゲン大豆）、それに青大豆や東北 133号

（黒大豆）等の各種大豆は、栽培試験や成分分析の結果において普通大豆と大きな違いはなかった。又、これらの大豆から充填豆腐を試作した結果、東北 135号
や青大豆、黒大豆ではゲル強度が若干低い程度であったが、東北 139号（低アレルゲン大豆）は豆乳への蛋
白質の溶出や、ゲル形成能がかなり低下した。従って、
この大豆の利用法については、生絞りによる豆腐加工を含め、豆腐以外の加工法についても再考の必要が感じられた。
大豆加工食品のイソフラボン含量を高めるために、
まず各種大豆のイソフラボン含量を調査したところ、品種によっても産地によっても大きな差が認められたため、今後、品種及び栽培条件とイソフラボン含量との関係等について更なる追求が必要と思われた。各種大豆の中では、今後の幅広い利用が期待されるリポキ
シゲナーゼ欠失大豆の一つである東北 135号のイソフ
ラボン含量は顕著に高く、機能性食品素材として有望と考えられた。更に、豆乳製造工程中におけるイソフ
ラボンの消長について調べたところ、呉汁中のイソフ
ラボンはその７割以上が豆乳中に移行し、特に脱皮大豆から調整した呉汁においては、その約９割が豆乳に移行することが確認され、イソフラボン高含有豆乳の調製を目的に、前処理として脱皮する有意性が伺えた。
栽培試験を行った各種大豆について、リポキシゲナーゼによって生成される過酸化脂質を大豆粉末及び豆乳について測定したところ、リポキシゲナーゼ欠失大豆である東北 135号以外の大豆においては有意に生成されていた。リポキシゲナーゼ欠失大豆の栽培が広く普及していない現状の下で、また、青大豆や黒大豆な
どの幅広い利用を展望する時、リポキシゲナーゼを不活性化する技術の開発は非常に重要且つ急務と考えら
れる。

参考文献
1) 河村幸雄, 大久保一良編：大豆のヘルシーテクノ
ロジー, 光琳, 東京, 1998
2) 沼田邦雄：東京都立食品技術センター研究報告,
7, 21 (1998)
3) 島田和子, 野村寛美, 原 由美, 藤本房江, 喜多
村啓介：日食工誌, 45, 122 (1998)
4) 植杉岳彦, 戸田登志也, 石田均司, 辻 邦郎：食品工業, 40, 24 (1997)5) I. Suda, S. Furuta, Y. Nishiba： Biosci. Biotech.
Biochem.,
58, 14 (1994)
6) 高橋浩司, 高田吉丈, 菊地彰夫, 島田尚典, 足立
大山, 田渕公清：東北農業研究, 51, 71 (1998)
7) 大久保一良：日食工誌, 35, 866 (1988)
8) 沼田邦雄, 三枝弘育, 廣瀬理恵子：東京都立食品
技術センター研究報告, 6, 7 (1997)9) 二宮順一郎, 門家重治：愛媛工技研究報告, 36,
67 (1998)

マルチメディア技術に関する研究
Research of Multimedia technology
応用技術部 本田修啓 尾形直秀 高樋 昌 平山和弘
地域 ISP が抱える大きな課題の一つに、大規模 ISP との競争に勝ち残ると言うものがある。
そのためには地域 IX を基盤とした地域内ネットワークの連携によるサービスの普遍性を維持する必要がある。そこで、地域 IX(TRIX 郡山)を利用した地域 ISP の協調/連動運用の実験を行った。その結果、メールやニュースの配送などにおいて地域 IX が効率的に機能する
ためサービス向上が図れた。また、協調/連動運用に伴って各 ISP 間に必要になる課金モ
デルを提案した。
Key words:地域 IX、地域 ISP、協調/連動運用、サービス

１．緒 言
近 年 、ネットワーク技 術 の向 上 やネットワークの利 便 性 のためインターネット利 用 者 が急 増 している。それに伴 い、地 域 ISP が各 地 域 で独 自にサービスを提 供 し利 用 者 の獲 得 を行 っている。
しかし、大 規 模 ISP が各 地 域 にアクセスポ イン トを増 やしてきているためそのアクセスポイントがある地 域 の利 用 者 は大 規 模 ISP と契 約 する 場 合 も多 い。
こういった 現 状 で 、地 域 ISP は大 規 模 ISP との競 争 のなかでいかに地 域 の利 用 者 を獲 得 するか と 言 う 部 分 で 競 り 負 け な い よ うに し な く て は な らない 。この た め に は 、 大 規 模 ISP と 同 等 の 技 術
力 を持 ち、かつ地 域 に根 ざしたサービスを提 供するなどの特 色 を打 ち出 す必 要 が出 てくる。地
域 の特 徴 を持 ち大 規 模 ISP と同 等 の技 術 力 を蓄 えるためには、地 域 ISP 間 でのサーバの協 調 /連 動 運 用 による基 礎 実 験 が重 要 となってくる。

２．実 験
２．１．地 域 IX 構 築
東 北 イン タ ー ネ ッ ト 協 議 会 （ 東 北 地 域 イン タ ー
ネット相 互 接 続 研 究 会 ： TRIX 仙 台 ）、地 域 ISP（ 共 同 研 究 企 業 ） お よ び ハ イテク プ ラザ ネ ッ ト ワ ー
クを相 互 に接 続 し地 域 IX（TRIX 郡 山 ） を構 築 した。TR IX 郡 山 には地 域 ISP が 3 社 参 加 した。
TRIX 仙 台 と T RIX 郡 山 間 はディジタル専 用 線(256KBPS) で 接 続 さ れ て お り 、 こ の 間 の 経 路 制
御 を BGP を用 いること により経 路 収 束 時 間 の短縮 を図 っている。
参 加 ISP では、de fau lt の経 路 を本 来 の上 流
ISP に向 け、T RIX 参 加 組 織 分 の経 路 のみ TR IX

インターネット
インターネット

ISP-A
ISP-H
TRIX郡山JGNTRIX仙台図 1 地 域 IX 構 成 図に向 けることと なる。この方 法 は参 加 ISP の上 流
からは透 明 であ り、地 域 IX の経 路 情 報 の 混 乱が、インターネット全 体 の経 路 情 報 の混 乱 に波及 させない特 徴 を持 っている。
２．２． IX 用 サーバ設 置
IX 用 サーバをハ イテク プラザ内 に 3 台 設 置 した。これ らは、後 述 する メール配 送 バック アップ実
験 のために、１台 は TR IX の他 、商 用 イン ターネ
ッ ト (OCN) と の イ ン タ フ ェ ー ス を 持 ち 、 defau lt 経
路 を OCN に 向 けている。これらのサーバに分 散
して以 下 のサーバ機 能 を持 たせた。
・DNS サーバ機 能 (bind)・メールサーバ機 能 (sendmail,smtpfeed)・ネットニュースサーバ機 能 (diablo)
・NTP サーバ機 能(xnt pd, 古 野 電 気 GPS 使 用 st ra tumⅠ)
・RealServer
・SNMP エージェント２．３．電 子 メール配 送
secon da ry MX およ び fa llbac kMX を設 定 する
ことによりネットワークトラブル発 生 時 のサービス
低 下 を防 いでいる。
まず seco nda ry MX により、参 加 ISP に何 らかの事 故 が発 生 した場 合 、インターネットから代 理
で メー ル を 受 信 し 保 管 す る 。 事 故 が 上 流 回 線 の場 合 は直 ちに、サーバの場 合 は回 復 後 、メール
転 送 を行 う。
つぎに、fallbackMX を設 定 する ことで配 送 できない電 子 メールの削 減 を図 った。これは、何 らかのネットワークトラブルにより通 常 の配 送 経 路 ではメールが配 送 できない 場 合 、 fallb ackMX の設
定 を行 ったメールサーバへ配 送 を依 頼 すること
で配 送 経 路 を代 えるものである。配 送 経 路 が代
わ る こと によ り配 送 でき ない メー ルの いく つか は 配
送 できるよ うになれば 、 IX の有 効 性 を示 すこと にもなる。
インターネット
インターネット

２．５．RealServer
福 島 県 インターネッ トワ ーキング研 究 会 で 行 われるセミナーをインターネット中 継 し、画 像 をリア
ルタイムで見 ることのできるシステムを構 築 した。
システムにはインターネット中 継 で定 評 のあるReal Server、Real Encoder を用 いた。
今 後 、 イ ン タ ー ネ ッ ト 上 に 動 画 系 の マ ル チ メデ
ィアコンテンツが続 々と流 れ始 めるのは必 至 である。また、このようなコンテンツのデータ量 は非 常に 大 き い も の で あ る た め、イン タ ー ネ ッ ト 中 継 を 行った場 合 地 域 ISP におけるサービス低 下 が懸 念される。そこで、このシステムを用 いた放 送 実 験では TRIX 仙 台 あるい は TRIX 郡 山 に 接 続 している ISP や ISP のユーザ、各 都 道 府 県 の 公 設 試において放 送 を受 信 してもらいその画 質 や音 声の評 価 、WEB 閲 覧 などのサービスに対 する影 響を検 証 した。
２．６．WWW Proxy server 設 置
TRIX 郡 山 に 接 続 し て い る WWW Proxy
server に対 して sib lin g 設 定 を行 い 、キャッシュデ ー タ の 融 通 性 を 図 っ た 。 WWW Proxy serve rには世 界 的 なシェ アを誇 り siblin g 、pa rent など
柔 軟 な設 定 が可 能 である Squid を用 いた。

メール
fallback
Mail Server A

Mail Server B

インターネット
インターネット

Mail Server C

地域IX

ユーザ

ユーザ

ユーザ

sibling
Cache Server C

Cache Server A
sibling

Cache Server B

sibling

図 2 fa llb a c kMX の設 定

２．４．ネットニュース配 送
ネットニュースを TR IX 郡 山 で 受 け取 り、実 験に 参 加 し てい る 地 域 ISP に 配 送 す る シス テム を
構 築 している。
ネットニュースはそのデータ量 （通 信 量 ）が非常 に大 きいため、各 地 域 ISP がそれぞれ独 自 に
ネ ッ ト ニ ュ ー ス の サ ービ ス を 行 う と デ ー タ の 転 送 がひとつの経 路 に集 中 するためネットワーク負 荷 が増 大 し、他 のサービスの低 下 につながる。しかし、
本 研 究 で示 す様 に、ネットニュースを一 箇 所 で受 け取 り地 域 IX の経 路 を用 い て各 ISP に配 送すれば、配 送 の 間 地 域 IX の経 路 は負 荷 が 増 大するがもう一 方 の経 路 は影 響 を受 けないのでその他 のサービス提 供 に不 都 合 は生 じない。

ユーザ

ユーザ

ユーザ

図 3 sib lin g の設 定

通 常 、ユーザが WEB コンテンツを要 求 する場
合 Proxy を使 用 する 設 定 になっていれば WWWProxy se rver の キャッ シュ デー タを参 照 する 。こ
こになければ直 接 取 得 する。しか し sibling 設 定が な され てい れ ば 、 直 接 取 得 せ ず に sibling 設
定 されている WWW Pro xy server のキ ャッシュデ
ータ を参 照 する 。こうする ことに よ りコ ンテンツ を取得 す る 時 間 を 短 縮 で き ネ ッ ト ワ ー ク 上 の 無 駄 なトラ フ ィ ッ ク も 防 ぐ こ と が で き る 。 た だ し 、 sibling 設
定 では sib ling 設 定 したサーバにキャッシュデー
タがない場 合 直 接 取 得 しなくてはならない。

実 験 データ採 集 と考 察
３．１．地 域 IX 構 築
構 築 した IX のトラフィッ クを計 測 するため 、ルー タ お よ び 主 要 サ ー バ の SNMP エ ー ジェ ン ト 機
能 を用 い 、MRTG による計 測 システム を構 築 し計
測 を行 った。特 に Realserver 中 継 時 のトラフィッ
ク変 化 、地 域 のトラフィック傾 向 についてデータ
収 集 を行 った。
当 初 R IP によ り経 路 制 御 を行 っていたが R IP
は経 路 情 報 の交 換 に時 間 がかかるため本 研 究で用 いている地 域 IX 程 度 の規 模 でも 経 路 収 束までには数 分 以 上 かか る。これを P rivate AS を用いた BGP に変 更 し短 縮 を図 った。
３．２． IX 用 サーバ設 置
DNS サーバ機 能 では、接 続 ISP のゾーン情 報の セ カン ダ リ を 行 っ てお り イン タ ー ネ ッ ト 接 続 性 が
失 わ れ ても 、名 前 解 決 サ ー ビ ス が 継 続 され る 。 また、参 加 ISP サーバで、ここを DNS サーバの一 つと して 指 定 す る こと で 、 イ ン タ ー ネ ッ ト 接 続 断 時 でも TRIX 接 続 組 織 の名 前 解 決 が行 える。
NTP サ ー バ （ St rat um Ⅰ ） を 稼 動 し て い る た め
正 確 な時 間 を地 域 IX 内 で共 有 でき 、ルー タや各 種 サーバなどのネットワーク機 器 を正 確 な時
間 で運 用 できるようになった。これによりシステムの ロ グ を 正 確 な 時 間 で 記 録 す る こと が で き る た め 、
不 正 ア ク セ ス の 痕 跡 と シス テ ム の ロ グ の 付 き 合 わ
せが容 易 になっている。
３．３．電 子 メール配 送
特 に fa llba ckMX を設 定 した ことで、何 らかのネットワークトラブルにより配 送 できなかったメー
ルのうち（アドレス間 違 いなどのエラーは除 く）ほぼ 4 割 をエ ラーなしで配 送 できた。これ は IX の特
配 送 エラーの 種 類
180
160

140

100

1月
2月
3月

80
60
40

20
0

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

エラー数

120

0 NO ERROR TO SENT
1 Connection refused
2 Host is down
3 DNS temporary lookup failure
4 Connection timed out
5 Connection was not established
6 Service shutting down in state
7 Sender domain must resolve
8 write error or disk full
9 Unexpected close by foreign host
10 Out of disk space for temp file
11 Read error
12 SMTP-MAIL: cannot fork
: Not enough space
13 Cannot write to message file
14 Deferred:ETC
15 Service unavailable
16 User unknown

図 4 fa llb a c kMX による最 配 送 時 エラ ー

徴 である配 送 経 路 の変 更 による効 果 である。また、最 終 的 に配 送 でき たメールのうち 3 割 が 5 分
以 内 で配 送 されている。
最初の1時間の処理状況
80
1月
2月
3月

70

60

50
処理件数

３．課 金 モデルに向 けての

40

30

20

10

0
5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

分

図 5 メール配 送 の処 理 時 間

３．４．ネットニュース配 送
TRIX 郡 山 に参 加 してい る ISP は 3 社 あ りそのうち 2 社 が実 際 に接 続 実 験 を行 っている。ネット
ニュースはハイテクプラザが上 流 サイトである会
津 大 学 から配 送 を受 けているが、ここまでは135M の 専 用 線 で 配 送 され る ため ネッ ト ワ ーク 負
荷 と し ては 非 常 に 小 さい も の で あ る 。ま た 、ハ イ テ
クプラザから ISP までは 128k の専 用 線 であるがネットニュース自 体 は ISP が独 自 に持 っている 専
用 線 をまったく 使 わない で配 送 されるため、IX 側のネットワーク負 荷 が大 きくなるもののユーザに対 するサービス自 体 には影 響 がない。
３．５．RealServer
まず、セミナーの受 信 状 態 を受 信 者 からのメールでの報 告 で見 てみると、音 声 についてはどのユーザからもクリアであると報 告 されている。画
像 については”講 師 の顔 がよく見 える”、”プレゼ
ンテーションの資 料 がよく見 える”など IX 内 で の
評 価 は高 い も の の 、IX 外 か ら中 継 を見 てい る ユ
ーザか らは” 画 像 が断 片 的 に なる” など評 価 は低かった。これはデータ配 信 を遠 方 まで行 わなくてはならないため回 線 の混 み具 合 に大 きく左 右 されたためと思 われる。
ま た 、 IX 内 の 各 ユ ー ザ か ら の メ ー ル の 報 告 は
即 時 に 届 い てい る た め 、 IX 内 で はサ ー ビ ス の 低
下 はあまりなかったものと思 われる。
３．６．WWW Proxy server 設 置
sibling に よ る プ ロ バ イ ダ と プ ロ バ イ ダ 間 あ る いはプロバイダとハイテクプラザ間 でのキャッシュデ
ータのヒ ット 率 を見 てみる と 5% 以 下 の 値 になってい る 。 TR IX 仙 台 内 で の 実 験 に よ る と ヒ ッ ト 率 は数 %あった。また、東 北 大 学 内 部 での実 験 では
20～30%のヒット率 があった。このことか ら TR IX 郡
山 ではあまり効 果 がないといえる。特 にプロバイ
ダ 間 で は キ ャッ シュ の 傾 向 が 似 通 っ て い た た め ヒ
ットしなかったと考 えられる。
paren t の 設 定 を 行 え ば キ ャ ッ シ ュ デ ー タ が な
い場 合 pa rent サーバが キャッシュを直 接 取 得 す
るため災 害 などの緊 急 時 に効 果 が現 れる。このため siblin g のみの設 定 は行 わず p aren t との組
み合 わせが有 効 である。また、キャッシュのヒット
率 を上 げるには、セカンダリキャッシュサーバといった新 たな手 法 を取 り入 れる必 要 がある。

参考文献
1) TRIX 研 究 会 ：1 998 年 度 東 北 地 域 内 イン
ターネット相 互 接 続 研 究 会 研 究 報 告 書
2) 菅 野 浩 徳 、 曽 根 秀 昭 、 加 藤 寧 、 樋 地 正 浩 、
今 野 幸 典 、脇 山 俊 一 郎 、根 元 義 章 ："Local- IX でのキャッシュサーバ連 係 によるト
ラヒックの傾 向 分 析 " ，平 成 1 1 年 度 電 気 関
係学会東北支部連合大会講演論文集,
pp.173, 1999
3 ) http: //ww w.mat su sa ka -u.ac. jp /~o kumu ra/ix.html：地 域 IX リンク集4 ) http://www.isc.org:bind5 ) h ttp :/ / www.o p en u sen et.o rg/ d iab lo / :n ews
6 ) h ttp :/ / www.sen d mail.o rg:sen d mailハイテクプラザサーバでのヒット率

プロバイダサーバでのヒット率7 ) h ttp :/ / www.jp .real.co m:RealServ er

100

100

8 ) h t tp :/ / u c d - s n mp .u c d a v i s . ed u : SN M P エ ー ジ
1999年11月

80

1999年11月

80

2000年2月

2000年2月

ェント9 ) h t tp :/ / w w w .ky o t o .w id e . a d . jp / s m tp f e e d / : s m

60

%

%

60

40

40

20

20

0

tp feed1 0 ) h ttp :/ / w w w .f u ru n o .c o .jp :G P S (古 野 電 気 )1 1 ) h t tp :/ / w w w . sq u id - c a c h e .o r g : Sq u id ( W W W

0

DIRECT

SIBLING_HIT

DIRECT

SIBLING_HIT

図 6 sib lin g におけるキャッシュのヒット率

４．結 言
各 実 験 の結 果 から、地 域 IX が地 域 ISP に対し て 非 常 に 有 益 で あ る こ と が わ か っ た 。 TR IX 郡
山 は現 在 のところ学 術 団 体 が参 加 する実 験 系のネットワークでの 運 用 であるが、今 後 、商 用 IXへの移 行 も可 能 であることがわかった。大 規 模
ISP と の 競 争 に せ り 負 け な い た め に 早 期 の 商 用
IX の立 ち上 げが望 まれる。
この際 、ISP 間 での協 調 /連 動 運 用 をビジネスとして捕 らえる必 要 がある。つまり、たとえばメー
ルの fallbac k に対 する 課 金 モデルや ニュース 転
送 に 対 す る 課 金 モ デ ルを 導 入 し サ ー ビ ス に 対 す
る対 価 を支 払 うシス テム を提 案 する 必 要 が 出 てくる。実 際 の課 金 モデ ルは商 用 IX に 参 加 する ISPの規 模 、ユーザ層 、独 自 のサービスなどに違 いがあるため協 議 /検 討 が必 要 になってくるが、まず 課 金 モ デ ルの 基 本 となる プ ロ ト タ イプ を本 研 究の実 験 結 果 を踏 まえて構 築 し、それをもとに実際 の運 用 時 に適 用 できる課 金 モデルを決 定 することが必 要 である。

P ro x y serv er)
1 2 ) h ttp :/ / w w w .eec i s.u d el .ed u / ~ n tp / :n tp

微生物による未利用資源の高度利用化
Development of the ways to use unused food processing subproducts by using Microbes.
応用技術部

安川

真・桑田

彰・池田信也

醗酵状態の異なる生ごみ処理槽において、醗酵の主体となる微生物群を調べた。コンポス
トサンプルから、16SrDNA‑PCR法によりその中に存在する細菌類の割合と細菌の同定を行い、コンポスト中の微生物叢を特定した。安定に醗酵をしている処理槽の中には、生ごみ由来と思われる細菌群が観察され、醗酵不良を起こした処理槽には、数多くの Bacillus属の細菌が存在していることがわかった。
Key words:コンポスト、微生物,16SrDNA

1.緒 言
現在、有機性廃棄物の減容化や再資源化の方法としてコンポスト化が注目されており、多くの生ごみ処理機が市販されている。しかし、微生物を用いた生分解型の処理機であるにもかかわらず、処理に深く関与すると考えられる微生物群についての情報が得られていないのが現状である。そこで、長期間安定して醗酵を行うために必要となる微生物群を同定し、醗酵条件の検討に役立てるとともに、良好・不良といった異なる
醗酵状態の処理槽内でどのような細菌類がかかわっているのかを、16SrDNA‑PCR法によって調べた結果、一応の知見を得たので報告する。

2.実験方法2.1.試料の採取
試料は、魚・肉類を主とした調理残渣と水分調整用として同じ体積の籾殻を、生ごみ処理機で醗酵させたものから採取した。その際、醗酵の良好なもの・醗酵
不良なもの・醗酵不良なものが良好な状態に転ずる過渡期のものから採取し、採取後直ちに冷蔵保存し以後の実験を行った。
2.2.コンポストからの16SrDNAの調整

図１ pCR2.1へ組み込んだ16SrDNA

少量のコンポストを緩衝液中で懸濁し、その懸濁液からゲノムＤＮＡの混合物を調整。それを鋳型として
ＰＣＲ(Polymerase Chain Reaction)を行い、細菌類の16SrDNA混合物を得た。PCR産物をpCR2.1クローニン
グベクターへ組み込み（図１）、クローンを単離した。
2.3.クローニングサンプルのグループ化
pCR2.1クローニングベクターのLacZ領域内にPCRプ
ライマーを設計し、単離したクローンの挿入部近辺のPCR産物を制限酵素HaeⅢ(GG￨CC)またはMspⅠ(C￨CGG)
で切断し、その断片のアガロースゲル電気泳動パター
ンから16SrDNAクローンのグループ化を行った。
2.4.16SrDNAシーケンスによる細菌類の同定
クローニングされた16SrDNAの塩基配列をLIC‑4200
シーケンサ(ALOKA)によって決定し、MicroSeq
16SrDNA Database(PE Applid Biosystems)から細菌の同定を行った。

3.実験結果及び考察
3.1.良好に醗酵している試料中に存在する細菌群
16SrDNAのHaeⅢまたはMspⅠ断片の電気泳動パター
ンが異なるものについて塩基配列を決定し、データベ
ース検索により細菌の同定を行った。醗酵が良好な状態にある試料から得た細菌群の電気泳動結果を図２に示す。この図からもわかるように、良好に醗酵している試料には、Carnobacterium 属・Alcaligenes 属など種々の菌群が存在し、これらの細菌類は食肉・魚類からの単離が認められている１），２）ものであり、処理槽に投入した生ごみが魚・肉類の調理残渣であったことからも、これらの細菌が生ごみ由来のものであるのではないかと考えられる。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

ス検索により細菌の同定を行った。（図４）1

図２ 良好に醗酵している試料中に存在する細菌の16SrDNA／HaeⅢアガロースゲル電気泳動パターン
レーン１：100base radder 分子量マーカー レーン2〜
12：16SrDNAシーケンスのデータベース検索結果より、
2:Carnobacterium divergens,
3:Alcaligenes faecalis faecalis,4:Bacillus fusiformis,
5: Brevibacillus borstelensis ,6: Eubacterium dolichum,
7:Alcaligenes faecalis faecalis,8:Micrococcus luteus,
9:Paenibacillus glucanolyticus,
10:Paenibacillus thiaminolyticus,11:Kocuria kristinae,
12:Eubacterium dolichum

また、グループ分けしたクローンの数より、それぞれの細菌の属ごとの割合を図３に示した。嫌気性の桿菌であるCarnobacterium属が26.7%と全体の約1/4を占め、次いで好気性の短桿菌であるAlcaligenes属が19.7%を占めている。このことからもわかるように、試料中には嫌気性菌と好気性菌が存在し、この生ごみ処理機では、嫌気性菌による嫌気醗酵と、好気性菌による好気醗酵双方の相が混在することで良好な醗酵が営まれているのではないかと考えられた。

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

図４ 醗酵不良を起こした試料中に存在する細菌の16SrDNA／HaeⅢアガロースゲル電気泳動パターン
レーン１：100base radder 分子量マーカー レーン2〜
12：16SrDNAシーケンスのデータベース検索結果より、
2:Bacillus badius,3:Bacillus globisporus,
4:Bacillus fusiformis,5:Bacillus fusiformis,
6:Bacillus fusiformis,7:Bacillus fusiformis,
8:Bacillus pseudofirmus,9:Paenibacillus lautus,
10:Bacillus grobisporus,11:Bacillus benzoevorans,
12:Bacillus globisporus

その他

B.badius

B.benzoevorans
B.firmusPaenibacillus
B.pseudofirmus
B.fusiformis
B.globisporus

図５ 醗酵不良を起こした試料に存在する細菌類の割合
Carnobacterium
その他

Brevibacillus
Eubacterium
Bacillus

Alcaligenes

図３ 良好に醗酵している試料に存在する細菌類の割合

3.2.醗酵不良を起こした試料中の細菌群
3.1.と同様に、醗酵不良を起こした試料についても、
16SrDNAのHaeⅢまたはMspⅠ断片の電気泳動パターン
が異なるものについて塩基配列を決定し、データベー

図４の結果より、醗酵不良を起こした試料からは、
多くのBacillus属の細菌が観察され、それらの割合を求めると図５のようになった。
すなわち、醗酵不良を起こした試料中では、生育速度の速い Bacillus 属が大半を占めており、中でもB.badius,B.fusiformis,B.globisporusの３種類が約20%ずつ存在していた。このように、生ごみ投入時の初期段階に醗酵不良を起こした処理槽内では、数多
くのBacillus属の細菌が存在しており、3.1.の結果
で種々の細菌類によって安定な醗酵がすすめられていたのと比較すると、菌種が偏ってしまったために順調な醗酵が行われなかったのではないかと考えられる。

3.3.醗酵不良を起こした状態から良好な醗酵状態に至るまでの経過醗酵不良を起こしたものが、良好な醗酵状態に戻りつつある過渡期の段階のものをサンプリングし、
16SrDNA‑PCR法によってその中に存在する微生物群を調べた結果を、表１に示した。
表１ 醗酵状態が良好に転ずる過渡期に存在する細菌類

Deinococcus radiophilus
Alcaligenes faecalis faecalis
Deinococcus proteolyticus
Cardiobacterium hominis
Clostridium purinolyticum
Clostridium hastiforme

表１に示される細菌類は、おもに食肉・魚類から単離が認められるもの １ ） ， ２ ） であり、好気性球菌のDeinococcus属や、好気性短桿菌のAlcaligenes属・嫌気性桿菌のCardiobacterium属・Clostridium属が存在していることがわかった。
また、水分調整用に添加した籾殻に付着している細菌が、醗酵に何らかの影響を与えているのではないかと考え、同様にして調べたところ表２の結果を得た。
籾殻に付着していた細菌類は、おもに植物から単離が認められるものや、自然界に広く分布しているもの
１），２）であった。これらの細菌類には、醗酵物中に観察された菌群に該当するものがなかったことから、籾殻に付着していた細菌類は生ごみ処理機内での醗酵に大きく関与してはいなかったと考えられる。
表２ 籾殻に付着していた細菌類

Agrobacterium radiobacter
Methylobacterium fujisawaense
Pseudomonas(Burkh) phenazinium
Caulobacter henricii
Streptomyces rimosus rimosus
Bordetella bronchiseptica
Sphingomonas chlorophenolica
Acidovorax temperans
Brevundimonas diminura
Chelatobacter heintzii

4.結言
コンポスト中の細菌叢を特定するため、16SrDNA‑
PCR法により醗酵状態の異なる試料中に存在する細菌群について調べたところ、良好に醗酵している処理槽
からは、生ごみ由来と思われる細菌類が観察された。
しかし、それらは嫌気性菌など、生育速度の遅いもの
が醗酵の中心になっていたため、生ごみ投入時の醗酵初期段階で、Bacillus属などの増殖速度の速い細菌群に菌叢が偏ってしまい醗酵不良を起こしたものと考えられる。また、水分調整用として混入された籾殻に付着していた細菌類には、醗酵に大きく関与している
ものはなかった。
今後、生ごみ処理機の醗酵方式や、ｐＨ・温度・生ごみの種類を変化させたときなど、種々の醗酵条件における微生物叢を調べ、長期安定醗酵の実現やトラブル発生時の対応に役立てていきたいと考えている。
参考文献
1)John G. Holt...et.al.：Brgey's Manual of
Determinative Bacteriology 9th ed. ，Williams& Wilkins2)山里一英ら：微生物の分離法 ，R&DプランニングSS 構内無線の FA 利用技術に関する研究－ Research of SS wireless LAN FA system －応用技術部 尾形直秀 高樋 昌 平山和弘 本田修啓
SS 無線は、拡散符号を利用して CDMA による多チャンネル接続が可能であるが、同一周波数帯を共用するために、他局からの干渉が他の多重接続方式に比べて大きいという性質がある。本研究では、会津大学コンピュータ理工学部林助教授の考案した相互相関が低い拡散符号系列を組み込
んだ SS 無線機を実装評価し、安価に他局間干渉の少ない CDMA 無線通信機を実現する手法を県内企業へ提供したい。
key word : スペクトル拡散、構内無線、CDMA、拡散符号

１．緒言
SS 無線は、拡散符号を使用して CDMA が可能であり、同じ周波数帯域を使って、同一時間内に多チャンネルで会津大学側分担

拡散符号系列の考案

理論値での実証

符号の変更

通信を行えるという特徴を持っている。これにより、限られた周波数帯をより有効に使用することができる。

高周波回路製作

しかし、CDMA では同一周波数帯を複数のチャンネル

CPLD上に実装で共有するために、近傍の他局からの電波は大きな干渉波となり、遠方からの希望する信号が正しく受信されないと符号の実装

ハイテクプラザ側分担

実験用システムの基本設計

ベースバンドプロセッサ
開発

実験用SS無線機

実装評価

PCI
インターフェイス
開発

いう遠近問題と呼ばれる現象が発生する。
このため、実用されているものは、ダイバシティ等の設試験用ソフトウェア
開発

備や電波の出力制御により他局間干渉を低減し、チャン

図 1 研究体制

ネル数の増加を図っている。相互相関値が低い符号系列を使えば、これらの設備や機能を要せず他局間干渉が低平成 12 年度はこれに続き、実験システムの構築と、他減できるが、現存の符号系列ではチャンネル数を多く得る

局間干渉に関する測定評価を行う予定である。

ことができない。

３． 実験用無線機の設計

そこで、本研究は会津大学の林先生が考案された相互相関値が小さく、多チャンネルを得ることのできる拡散符
号系列の実装評価を行い、県内企業が安価に無線システ

３．１全体仕様
実験用無線機の最終的な仕様は以下の方針により決定することにした。

ムを製作するための技術要素として提供する。

l

工場内で実用になる性能を有すること

２． 研究体制l

使用者が無線免許の取得がいらない特定小電力の規格内であること

会津大学の林先生が、拡散コード系列の考案を行い、ハイテクプラザでは無線機を開発し実装評価を行うというl

将来的に国内で認可の見通しのある 2.4GHz 帯

役割分担とした。研究体制を図１に示す。研究期間は平の 83MHz バンド幅を使用する（本稿作成時には

成 11 年度～平成 12 年度までの 2 年間である。

認可済）

平成 11 年度は実験システムを構築するための調査、および設計とハードウェア、ソフトウェア開発環境の整備を行った。

l

新しい拡散符号の優位性を示すために、市販品で実現されていない性能を持つこと

これにより、下記の仕様を決定した。

コンピュータを使用することとした。これは、前年度まで

lチャンネル数 ４の研究における動作環境プラットホームである「FA 用ネl

通信距離 半径 100m

ットワークコンピュータ」の技術資産を継承して利用できl

データ転送レート 10MBPS

るためである。

l

特定小電力

OS には組み込みシステムでの応用を想定しリアØ

中心周波数 2.45GHz

ルタイム OS を使用することにした。PC-AT 互換機

Ø

出力 10mWのプロテクトモードで動作するμITRON3.0 仕様のØ

バンド幅 83MHz

リアルタイム OS であること、また、アプリケーシ

l

ＤＳ方式

ョン開発効率が高く、ネットワークアプリケーショl

通信距離 ＱＰＳＫ変調

ンの開発に対応しやすい Java を使用できることか

拡散方式は、外部への影響が少ないといわれる DSらパーソナルメディア社の JTRON 仕様 OS である方式とした。デジタル変調は、データ転送レートの確保

J-right/V を使用することにした。

と、受信時の安定性の両立と、LSI の入手しやすさから

３．２．２ PCI カード
拡散符号や符号のチップ長、チップ速度を変更しな

QPSK とした。
通信半径は工場内での使用から考え 100m、データ

がら実験するために、信号の拡散、逆拡散を行うベース

転送レートは 10BASE-T のイーサネットと合わせてバンドプロセッサは、自前で開発する必要がある。また、

10MBPS とし、チャンネル数４とした。

ホストコンピュータとのインターフェースも用意する必要

既存の拡散符号系列では相互相関値が充分に低があるために、この両者を同時に構築できる CPLD、まく採れないため、他局間干渉が発生し、チャンネル

たは FPGA を搭載した PC-AT 互換機用の拡張カード

数、通信半径、データ転送レートの通信性能のいずを使用することにした。
所内に開発環境が整備されており、関連資料が豊富

れかが犠牲となるので、これらの通信性能を同時に持ったものは、まだ実現されていない。

であることから、Altera 社の FLEX 10K100 シリーズを搭

３．２各部の設計載したグラフィン社製のカードを使うことにした。

実験用無線機のハードウェアは、ホストコンピュ

開発言語には、他の高速なチップが必要になる可ータ、PCI カード、高周波回路ブロックの３部分で能性を考慮して、標準化の進んだ VHDL を選んだ。

構成する。ブロック図を図２に示す。

３．２．３ 高周波回路ブロック
高周波回路は製作、変更が容易であることから

３．２．１ ホストコンピュータ
ホストコンピュータとして、PC-AT 互換産業用ボード

Harris 社の 2.4GHz 帯、DS 方式の SS 無線 LAN 用 LSI
PCIカードグラフィン GPCI-10K100

高周波回路ブロック

Harris
HF3925高周波アンプ

２．５ＧＨＺ±４０ＭＨＺ

Harris
HF3624

４００MHｚ±４０ＭＨＺ

HarrisHF3724
QPSK
変復調部

ミキサ

２．１GHｚＩ
Ｑ

ベースバンドプロセッサ
データ
１０ＭＢＰＳ

Harris
HF3524
シンセサイザ

Altera10K100ARC

４０MＣＰＳ×２

４００MHｚＰＣＩ
インターフェース

PCIバス

拡散符号
生成
８０MＣＰＳ

の評価ボードを組み合わせて構成することにした。

４．開発環境の整備
実験システムを構築するために必要なハードウェア(3) 中川正雄、他：スペクトラム拡散通信技術の基礎と応用、トリケップス(1997)(4) ISO/IEC 8802-11 Wireless LAN Medium Access

開発環境と、ソフトウェア開発環境の整備と開発手法

Controlの修得を行った。

specifications (1999/12/15)

４．１ ハードウェア開発環境
PCI カード上に、ベースバンドプロセッサ、PCI

(MAC)

and

Physical

Layer

(PHY)

(5) IEEE Std. 802.11b-1999 Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)

インターフェース回路を開発するために以下の準specifications,

Higher-speed

備を行った。

Extension in the 2.4 GHz Band

Physical

Layer•

VHDL 言語の学習•

MAX2PLUS を使用したサンプルファイルのhttp://tron.is.s.u-tokyo.ac.jp/TRON/JTRON/home-

コンパイルと論理合成

j.html４．２ ソフトウェア開発環境
実験で無線送受信を行うためのホストコンピュータ用アプリケーションを開発するための準備として以下の項目を行った。ITRON と Java に関しては、以前より研究で手がけてきているものであり、今回は、J-right/V 独自の開発環境の修得と PCI に関連するアプリケーション開発が主となった。
•

J-right/V のインストールと動作するまでのハードウェア調整•

Plug and Play BIOS より PCI カードへ割り当てられた資源を読み出すアプリケーショ
ンの開発•

Linux マシンへの ITRON 開発環境インスト
ールと ITRON サンプルプログラムの作成

５．結言
今年度は実験のための準備段階として調査や環境整備が主となり、実験システムの作成、測定評価に関しては次年度へ譲ることとなった。この間にも IEEE802.11 の策定とそれに伴う、国内の周波数割り当ての変更、廉価な無線 LAN システムの発売と半年間でのめまぐるしい動きがあり、早急に結果を残す必要性が感じられた。

参考文献(1) 林隆史：Synthesis of Low Peak-to-Peak Waveforms
with Flat Spectra, IEICE TRANS FUNDAMENTALS,
VOL.E81-A,NO.9 SEPTEMBER 1998
(2) 山内雪路：スペクトラム拡散通信、東京電機大学出版局(1994)(6) JTRON

ホ ー ム ペ ー ジ （ 日 本 語 版 ） ：(7) Jayaram Bhasker：VHDL 言語入門、CQ 出版(1995)(8) 来須川智久：基礎からわかる PCI デバイス設計入門、
インターフェース 1999 年 3 月号、CQ 出版

環境を考慮しためっき技術の開発−グルコン酸浴からのスズ−ビスマス合金めっき−
Investigation of Plating Technology consideration to environments‑Electrodeposits of Tin‑Bismuth Alloys for Gluconic acid‑

材料技術部

大堀俊一

大河原薫

いわき技術支援センター

安齋

中山誠一

実

鉛フリーはんだめっきの候補のひとつであるスズ−ビスマス合金めっきについて、グルコ
ン酸浴からの電析の可能性について検討したところ、ビスマスを数％含んだ合金めっき皮膜が得られることがわかった。
Key

words:鉛フリ−はんだめっき、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき、グルコン酸浴

1.緒言
1.緒言

２.２.カソード分極曲線の測定

電子部品の接合に用いられているはんだには、参照電極に飽和甘コウ電極、陽極にスズ板（ビ鉛が含まれている。しかし、鉛の人体への有害性

スマスは白金めっきチタン板）、陰極に１×１cmのや廃棄された使用済み電子機器製品からの鉛の溶銅板を使用し、ポテンショスタットを用い、電位出による地下水汚染など環境への影響が問題視さ走査法（１mV／ｓ）により測定した。

れてきて、鉛フリーのはんだ接合やそれに対応す

３.結果および考察

るめっきが要望されてきた。
そこで、鉛フリーはんだめっき候補のひとつで３.１.ハルセル試験あるスズ−ビスマス合金めっきについて、ハルセ

図１に無添加浴よりのハルセルテストによるルテストによりめっき皮膜の外観に及ぼす添加剤

めっき皮膜のビスマス含有量分布を示す。図中にの影響や分極曲線について検討した結果を報告す

は、ハルセル板上の高電流密度側から２，５，８る。

㎝の一次電流密度分布を示した。

２.実験方法
2.1.基本めっき条件および析出皮膜の組成分析
2.1.基本めっき条件および析出皮膜の組成分析
グルコン酸浴を用いた場合の浴組成およびハルセル条件を表１に示す。
表１

浴組成およびハルセル条件

ＳｎＳＯ4

０．１Ｍ

Ｂｉ2 (ＳＯ4)3グルコン酸Ｎａ

０．６Ｍ

ＥＤＴＡ‑４Ｎａ

０．０１Ｍ

ＰＥＧ＃６０００

１ｇ／Ｌ

トリトンＸ

１ｇ／Ｌ

ホルマリン

１ｍＬ／Ｌ

４

２

０．００５Ｍ
３

総電流

０．５Ａ

電解時間

１０分

浴温

２５℃

ｐＨ

４．３

陽極

スズ板（Pt/Ti）

陰極

銅板

撹拌

スタ−ラ−

※トリトンＸ：ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル

析出皮膜の組成は蛍光Ｘ線法により測定した。
また、めっき皮膜の表面形態は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した。

図１ ハルセルテストによるめっき被膜のBi含有量分布（無添加浴）
含有量分布（無添加浴）
無添加浴では低電流密度側２cm領域を除き皮膜は粉末状になった。また、めっき皮膜のビスマス含有量は、広い電流密度範囲で浴中の金属濃度比

にほぼ等しかった。図２にＰＥＧ添加浴、図３にＰＥＧとトリトンＸとホルマリンを添加した浴からのめっき皮膜のビスマス含有量分布を示す。
無添加(powderry)

ＰＥＧ添加(dull)

図２ ハルセルテストによるめっき被膜
あああああ２のBi含有量分布（
含有量分布（PEG添加浴）
添加浴）
あああああ２の含有量分布（ＰＥＧ＋
トリトン添加(semi‑bright)

図４ ハルセルカソード中央部のめっき被膜
い ４ＳＥＭ写真
無添加浴ではデンドライトの電析形態を示した｡
ＰＥＧ添加により粒状の突起な電析物が観察された。ＰＥＧとトリトンＸの添加により皮膜が半光沢で緻密になった。図５に３種類の添加剤入りのＳＥＭ写真を示す。
図３ ハルセルテストによるめっき被膜
いいいいっ３のBi含有量分布（３種類添加浴）
含有量分布（３種類添加浴）
いいいいっ３のＰＥＧ添加により粉末析出領域が狭まり、低電
流密度側６cmの領域で無光沢の皮膜が得られた。

５㎝（7.2mＡ/㎝2）(dull)

さらにトリトンＸの添加で無光沢の領域が半光沢に変化した。ホルマリンの添加によって高電流密度側の粉末状析出が抑制され、カソ−ド全面に無光沢または半光沢の皮膜が得られた。ビスマスはスズに比べて貴なため低電流密度でビスマスリッ

３㎝（13.0mＡ/㎝2）(semi‑bright)

チな皮膜になることが予想されたが、図３に示す
ようにビスマス含有量は低電流密度側で減少した｡
次に、ハルセルカソード中央部（高電流密度側より５cmのところ）のめっき皮膜表面のＳＥＭ写真を図４に示す。

図５ ３種類の添加剤が入っためっき被膜
い ５ＳＥＭ写真

これより、半光沢皮膜では平滑な電析物が得られより、合金の析出電位はさらに卑な電位へ移行した。

電流の立ち上がりが緩やかであった。めっき皮膜

３.２.カソード分極曲線

形態が改善され、粉末にならずに半光沢皮膜が得

図６に単独浴と錯化剤入りの電流電位曲線を示られたことと関連していると考えられる。

す。

図６ 電流電位曲線（単独浴と錯化剤入り）

図７ 電流電位曲線（スズの電析に及ぼす添加剤の影響）

無添加酸性浴では、ビスマスは−60mV付近より析出が始まる。また、スズは−470mV付近より析出が始まり約400mVの析出電位差があるため、スズ−
ビスマスの混合だけでは合金析出は起らない｡しかし、この浴に表１に示した錯化剤の入ったグルコ
ン酸−ＥＤＴＡ浴ではスズ、ビスマスとも卑な電位へ移行し、析出電位がほぼ等しくなり合金析出
が可能となった。
次に、スズの電析に及ぼす添加剤の影響を調べた電流電位曲線を図７に示す。これより、スズは添加剤によって電析が大きく抑制されることがわかった。
図８にビスマスの電析に及ぼす添加剤の影響を示す。これより、添加剤はビスマスの電析に影響しないことがわかった。しかし、スズと共析する
場合、スズの電析が抑制されるに伴いビスマスの電析も抑制された。これは、添加剤がスズ表面に吸着するためと考えられる。その結果、めっき皮膜中のビスマス含有率が小さかったと思われる。
また、３種類の添加剤を浴中に共存させることに

図８ 電流電位曲線（スズの電析に及ぼす添加剤の影響）
加剤の影響）（スズの電析に及ぼす添４．結言
以上のことから次のことがわかった。
（１）

グルコン酸―ＥＤＴＡ浴に、３種類の添加剤を入れるとカソード全面が無光沢または半光沢の皮膜が得られた。
（２）

低電流密度でビスマスの析出比率が減少する傾向にあったが、ほぼ浴組成に近い電着物組成が得られた。
（３）

錯化剤の添加により、ビスマスの析出が抑制され、スズの析出電位とほぼ同じ電位になり、合金が可能となった。さらに、添加剤を加えるとスズの電析が抑制され電流の立ち上がりが緩やかであった。
５．謝辞
本研究を遂行するにあたり、ご意見、ご指導い
ただいた大阪市立工業研究所の藤原裕研究主任、
榎本英彦課長に深く感謝いたします。

カソードルミネッセンスの高度利用に関する研究― 蛍光管の高輝度化の検討 ―Utilization of Cathodo luminescence Method−Study of high luminous Fluorescent Lamp−

材料技術部 高瀬つぎ子
いわき技術支援センター

伊藤嘉亮
斎藤 宏

カソードルミネッセンス（ＣＬ）法は、半導体などに含まれる微量な不純物が、どのような状態で存在するかを評価するために非常に有効な分析手法である。今回、ＣＬ法とＥＰＭＡの複合化技術を蛍光体の分析、評価方法に応用することにより、白色蛍光体では、赤、緑、青の蛍光体が数１０μｍの微粒子を形成し（赤：Y2O3

緑：LaPO4 青：(（SrBaCa）5 (PO4)3）、それぞれの微粒子からの発光の合成として、白色蛍光が発生していることが解った。また、蛍光体微粒子の形状および分散形態の不均一性が、蛍光管の色度ずれに大きな影響を与えていることが明らかになった。
Key words：蛍光材料、カソードルミネッセンス、発光スペクトル

１．緒言体（Y2O3:Eu）、緑色蛍光体(LaPO4:Ce、Tb)、青色蛍光体（(SrCaBa)5(PO4)3Cl:Eu）を用いた。
近年、電子部品の小型、薄型、集積化が急速に進
これらの蛍光体をバインダー（ニトロセルロース／
む中で、＜剥離＞、＜汚れ＞、＜特性の劣化＞といっ
酢酸ブチル溶液）およびスラリー（日亜化学製：NA
た電子部品の故障を正確に解析するため、製品評価分
スラリー）と混合した後、ガラス板に塗布し、４００℃
野での微小領域・微量物質の表面分析手法を確立する
で１時間加熱乾燥（大気中）することにより、測定用
ことが、重要な課題になってきている。
蛍光体試料を作製した。
当所では、平成８年より、製品評価分野での迅速な白色蛍光体試料としては、白色蛍光管（通常品およ微小領域・微量物質の分析方法として、半導体中に含び色ずれ品）を切断したものを用いた。
まれる極微量の不純物の状態分析手法として発展して
２．２ ＣＬの測定
きたカソードルミネッセンス（ＣＬ）法と微小領域のＥＰＭＡ＆ＣＬ複合装置（島津製作所：ＥＰＭＡ―
有力な組成分析手法であるＥＰＭＡを複合化して微小1500）の構成を図１に示す。この装置は、電子線ビー
領域・微量物質の分析を行うことを検討してきた。
ムを試料し照射することにより、試料から放出される
本研究では、現在、県内蛍光管メーカーの中で問題
Ｘ線を用いて試料の組成分析をおこなうＸ線検出部になっている＜蛍光管の色度ずれ＞という現象に注目（波長分散型）、試料からの可視部の発光（ＣＬ）を分し、ＥＰＭＡ＆ＣＬ複合分析手法を用いて、この色度ずれの原因を解明することを目的として研究を行った。 光分析するためのＣＬ検出部、試料からの反射電子を検出し、試料形状を観察するための反射電子検出部の色度ずれは、１本の蛍光管が均一に同じ色に発光せ３つの部分によって構成されている。
ず、発光色に場所むらが起こる現象で、液晶ディスプ
本装置では、ＣＬの検出系に反射対物レンズを用いレーの小型・薄型化伴うバックライト用蛍光管の小型、ることにより、ＣＬ分析部とＸ線分析部とが互いに干細管化の進展の中で、解決すべき重要な課題になっている。従来の大型蛍光管の場合には、色度計による発電子銃
光色の測定とマクロな場所依存性の測定等の方法で、色度ずれの評価を行ってきたが、これらの方法では、
色度ずれの原因を明らかにすることはできなかった。
反射対物
そこで、本研究では、ＥＰＭＡ＆ＣＬ複合分析を用レンズ
いて、白色蛍光体粒子の形状や凝集状態と白色蛍光体
ＣＬ検出からの発光との関係を明らかすることにより、＜色度部分
Ｘ線検出ずれ＞の原因を解明するための研究を行った。＜色度部分ずれ＞を解消することにより、蛍光管全体の目的波長での発光が均一し、蛍光管の高輝度が可能であると考
えられる。

２．実験
２．１ 試料
蛍光体原料としては、日亜化学（株）製の赤色蛍光

反射電子
検出器
図１

試料
ＥＰＭＡ＆ＣＬ複合装置の構成

３．結果および考察
３．１ ＰＬスペクトルとＣＬスペクトルの比較
通常の白色蛍光管では、<放電励起⇒水銀蒸気の発光⇒蛍光体による水銀発光の吸収⇒蛍光体からの発光＞というプロセスで発光（ＰＬ）が発生する。一方、Ｃ
Ｌの場合には、＜電子線励起⇒蛍光体が発光＞というプロセスで発光（ＣＬ）が発生する。一般に、発光プ
ロセスの違いがある場合、発光の始状態（電子励起状態）が異なる可能性があると考えられているため、Ｃ
Ｌを用いて白色蛍光管の評価を行うためには、ＣＬス
ペクトルがＰＬスペクトルと一致していることを確認することが必要である。

図２に白色蛍光体のＰＬスペクトルとＣＬスペクトル（励起電子線：ビーム径３０μｍ、）を示す。両スペ
クトルともに、450nm、540nm、610nm に発光ピークが存在している。ＰＬスペクトルとＣＬスペクトルでは、３つの発光ピークの相対強度に違いが見られるが、各発光ピークのピーク波長は一致している。
ＰＬとＣＬとの発光波長が一致しているという事実
は、ＰＬおよびＣＬ発光が蛍光体の同じ電子励起状態からの発光であることを示唆しており、蛍光体のＰＬとＣＬは、基本的に同一の発光現象と考えることができる
３．２ 蛍光体の組成とＣＬスペクトル
一般に、白色蛍光体は、原料となる３色の蛍光体

Ａ

ＣＬ強度

渉しない装置構成をとることが可能になった。このような装置構成がとることにより、ＥＰＭＡによる組成分析とＣＬによる発光分析の同時測定が実現した。
また、本装置では、試料ステージをＸＹ方向に走査することにより、試料の組成およびＣＬ強度の面内分布を同時に測定することができる
測定用蛍光用試料は、ＥＰＭＡ用試料台に固定後、白金スパッターを行うことで、導電性を確保した。また，ＥＰＭＡおよびＣＬの測定は加速電圧 15ｋＶ，ビーム径 1 または 30μｍで行った。

600

500
波長／nm
nm
波長／

ＣＬ強度

発光強度

Ｂ

Ａ

400

600

500
波長 ／nm

400

600

500
波長／nm
nm
波長／

Ｃ

Ｂ

ＣＬ強度

発光強度

400

600

500
波長 ／nm400

図２ 白色蛍光体のＰＬスペクトルとＣＬスペクトル
Ａ ＰＬスペクトル Ｂ） ＣＬスペクトル

600

500
波長／nm
波長／ nm400

図３ 蛍光体材料のＣＬスペクトルＡ）青色蛍光体 Ｂ）緑色蛍光体 Ｃ）赤色蛍光体

ＣＬ強度

Ａ

600

500
波長／nm
波長／nm

400

ＣＬ強度

Ｂ

600

500
波長／nm
波長／nm

400

Ｃ
ＣＬ強度

（赤，緑，青）の粉末を適当な割合で混合することで作製される。白色蛍光体の発光プロセスを理解するた
めには、白色蛍光体の組成やスペクトルと、原料となる３色の蛍光体の組成、CL スペクトルを比較することが必要になってくる。
図３に、原料となる３色の蛍光体のＣＬスペクトルを示す。赤色蛍光体（Y2O3:Eu）は、620nm にピークをもつシャープなＣＬスペクトルを示し、緑色蛍光体(LaPO4:Ce、Tb) も 540nm にピークをもつシャープなＣ
Ｌスペクトルを示している。これに対し、青色蛍光体（(SrCaBa)5(PO4)3Cl:Eu）は、450nm にピークを持つブ
ロードなＣＬスペクトルを示している。
これらの蛍光体のＣＬスペクトルは、蛍光体粒子の中に微量含まれる希土類元素（Eu、Tb）に起因する発光であると考えられる。
図４に、細い電子線ビーム（励起電子線：ビーム径１μｍ）で試料面内を走査した場合の白色蛍光体のＣ
Ｌスペクトルを示す。
白色蛍光体のＣＬ発光を光学顕微鏡で観察すると，試料面内が均一に白色に発光するのではなく、場所により，大別して３種類の色（Ａ：白っぽい発光，Ｂ：
赤っぽい発光，Ｃ：青っぽい発光）に発光している様子が観察された．ここに，３つの発光色のＣＬスペク
トルを示す
３つの発光色の CL スペクトルでは、CL 発光のピー
ク波長（450nm、540nm、610nm）は一致しており、発光色により、３つの発光ピークの相対強度だけが、変化していることが観測された。 また、白色蛍光体のＣＬ
スペクトルと赤、緑、青色蛍光体の CL スペクトルとの発光波長は一致していた。
これらの事実は、
1) 白色蛍光体の CL スペクトルは、赤、緑、青色蛍
光体の CL スペクトルの合成として表される
2) 白色蛍光体特有の中間色のスペクトルは存在しない
3) 白色蛍光体の発光色の違いは、赤、緑、青色蛍光体からの発光の相対強度の違いを反映していることを示唆している
発光色と蛍光体の組成との関係を明らかにするため、各発光色検出部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）での蛍光体の組成を測定した（表１）＜Ａ：白っぽい発光＞の場合には Sr，La，Y、がほ
ぼ同程度存在するのに対し，＜Ｂ：赤っぽい発光＞にＹが主成分であり、＜Ｃ：青っぽい発光＞には Sr が主成分になっており，観察位置での赤（Y）、緑（La）、青（Sr）蛍光体の相対比の違いが、発光色の違いに反映していると考えられる
３−３ ＣＬと組成の面内分布＜白色蛍光体の発光色の違いが赤緑青蛍光体の分布に依存していること＞を 確認するため、各発光色

600

500
波長／nm
波長／nm

400

図４ 白色蛍光体のＣＬスペクトル
発光色の違いによるＣＬスペクトルの変化
Ａ）白っぽい発光 Ｂ）赤っぽい発光 Ｃ）青っぽい発光
表１ 白色蛍光体の発光色と組成
ＡＢ
Ｃ
白っぽい発光 赤っぽい発光 青っぽい発光

Sr
Y
La
O
P
Ca
Ba
微量成分

5
9
4
66
10
2
0.5
Ce,Tb,
Ce,Tb,Eu,Tb,Eu

0
30
9
39
18
0
0
Eu

15
0
0.5
64
13
3
1
Eu

（450nm、540nm、
610nm）
でのＣＬの面内分布と元素（Y、La、Sr）の面内分布を観察した結果を図５に示す。Ｃ
Ｌ発光は、面内で均一に発光しているのではなく、１０〜数１０μｍのクラスターから発光しており、発光色により、発光している部分が異なっていることが判る。また、450nm の発光の分布は、Ｓｒ元素の分布とほぼ一致しており、Ｓｒが多量に存在している部分、すなわち青色蛍光体が多量に存在する場所
で、青色の発光が強くなっていることが判った。これ
らの事実は、
1) 白色蛍光体の発光は、１０〜数１０μｍの赤、緑
青色蛍光体微粒子からの発光の合成であること
2) 白色蛍光体の発光色の違いは、赤、緑、青色蛍光体の分布の不均一性に起因することを示唆している。
しかし、この測定では、540nm の発光分布と La 元素
分布、610nm の発光分布と Y 元素分布の間の相関は、明らかではなかった。この原因については、今後、検討する必要がある。
図６に、＜色度ずれ＞が観察された白色蛍光体のＣ
Ｌ発光の面内分布を示す。この蛍光体では、青色発光（観測波長：450nm）と赤色発光（観測波長：610nm）
A)

A)

B)

D)

C)

図６ ＣＬの面内分布（色度ズレ部分 0.3mm Ｘ0.3mm)
A) 観察波長：450nm B) 観察波長：450nm
C) 観察波長：610nm D) BSE像の分布が明らかに異なっていることが判る。また青色発光の分布とＳｒの元素分布（図示せず）は一致している。これらの事実は、＜色度ずれ＞という現象が、蛍光体粒子の分布の広範囲での不均一性によって起こり得ることを示唆している。
また、赤、緑、青蛍光体の成分元素の分布を詳細に測定することにより、詳細な発光スペクトルを測定することなしに、蛍光体の＜色度ずれ＞を評価することが可能になると考えられる

B)

４．結語

C)
D)

図５−１ ＣＬの面内分布
A) 観察波長：450nm B) 観察波長：450nm
C) 観察波長：610nm D) BSE像
B)

A)

ＥＰＭＡ＆ＣＬの複合化技術を蛍光体の分析、評価方法に適応することにより、
1) 白色蛍光体では、赤、緑、青の蛍光体が数１０μｍの微粒子を形成し、それぞれの微粒子からの発光の合成 として、白色蛍光が発生していること
2) 蛍光体微粒子の分散形態の不均一性が、蛍光管の＜色度ずれ＞に大きな影響を与えていることが明らかになった。
また、蛍光体の成分元素の分布を測定することにより、詳細な発光スペクトルを測定することなしに、蛍光体の＜色度ずれ＞を評価することが可能になると考えられる。
今後、通常品と＜色度ずれ＞品の蛍光体粒子の形状，
分散状態を比較検討し，＜色度ずれ＞の原因を明確化するとともに，多成分蛍光体の均一な分散方法を検討することにより，＜色度ずれ＞のない高輝度蛍光管の実現に向けた研究の進展を考えている．

５．謝辞
C)
D)

図５−２ 蛍光体組成の面内分布Ａ）検出元素：Ｓｒ B) 検出元素：ＬａC) 検出元素：ＹD) BSE像

本研究を行うにあたり，蛍光体試料の提供や試料作成方法についてご協力くださいました東北エレバム（株）、および高分解能ＳＥＭ写真の測定をしてくださいました福島県工業技術振興財団の成沢麻矢さんに，心より感謝いたします。

福島県産白土の高度利用−酸化チタン被覆によるシラスバルーンの作製−
Utilization of fine volcanic glass from Fukushima Prefecture- Preparation of TiO2-coated Shirasuballoons-

材料技術部 関根義孝 加藤和裕
丸中白土株式会社 紺野篤男 西坂直伸
東北大学名誉教授 鈴木舜一

紺野圭樹

県産資源製品であるシラスバルーンを用いて尿素加水分解法による酸化チタン被覆実験を行った。その結果チタン塩溶液の違いにより被覆状態が違っており、結晶化処理により発生する結晶型も違ってくることがわかった。また、被覆条件を制御することにより未破壊で均一な被覆シラスバルーンを作製できた。
Key words:白土、シラスバルーン、酸化チタン、光触媒、尿素加水分解法

２．実験方法実験に用いたシラスバルーンは、丸中白土（株）製
3
マールライトの水浮揚物（かさ密度 0.2 〜 0.3g/cm 、平均粒径約 45µm）である。被覆方法は均一な中和沈殿が行える尿素加水分解法を用い、チタン塩溶液としては、和光純薬工業製硫酸チタン(Ⅳ)溶液と同じく和光純薬工業製塩化チタン(Ⅳ)溶液を用いた。
実験は１ L のガラスビーカーに水 200mL、 2M 尿素
水 溶 液 250mL(0.5mol)及 び 硫 酸 チ タ ン (Ⅳ )溶 液
15mL(0.05mol)あ る い は 塩 化 チ タ ン (Ⅳ )溶 液
5mL(0.05mol)、最後にマールライトを 2 〜 10g を加えて、スターラー付きホットプレート上にて撹拌子で高速に撹拌(約 600rpm)しながら、80 ℃〜 95 ℃で加温し、pH 試験紙が中性を示す(4h 〜 6h）まで続けた。また、
撹拌速度及び撹拌時間が大の時、マールライトが破壊する恐れがあるため、沈殿反応直前の温度でマールラ
イトを投入し、撹拌時間を 20min 〜 60min に制御する実験も併せて行った。
これらはこの後、常温まで放冷し、5A ろ紙で吸引

３．実験結果3.1.尿素加水分解処理
尿素加水分解法による水酸化チタン(Ⅳ)の沈殿過程
は、硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合、次のように考えられる。
(NH2)2CO+H2O → 2NH3+CO2
Ti(SO4)2+4NH4OH → Ti(OH)4+2(NH4)2SO4
ここで水酸化チタン(Ⅳ)の溶解度積は
4+
- 4
-54
３）
Ksp ＝[Ti ][OH ] =7.9 × 10+
-14
また、[H ][OH ]=10 より
4+log[Ti ]=2.9-4pHとなり、これを図示すると図 1になり、これより 0.1 Ｍ Ti(OH)4 の沈殿生成は pH0.98付近の強酸サイドで開始される。
0y = 2.9 + ‑4x R= 1

‑2
4+

シラスバルーンは 1970 年に現在の九州工業技術研究所で開発された白土（シラス）を 1000 ℃付近で急速加熱することによって得られる火山性ガラス質中空体で、その軽量性、断熱性等を活かして、建築壁材、塗料等の軽量充填・増量剤として現在約 2 万トンの生産量があります。当所では、平成 9 年度より県内企業と共同で新たな需要拡大のため、新製品開発を目指し、
1
2
高品質シラスバルーンの作製を行ってきたが )〜 )、これらの成果をもとに現在マールライトの商品名で生産されるに至りました。
今回はさらにマールライトの高付加価値化を図るため、マールライト表面に酸化チタンを被覆することにより光触媒能を持たせ、主に水中の有機物の分解を行う水処理剤の開発を目指し実験を行った。

ろ過、洗浄後、通風定温乾燥機にて 80 ℃で乾燥を行った。結晶化処理は箱形式電気炉にて、600 ℃× 60minと 900 ℃× 60min で行った。また、被覆状態の観察
及び結晶化解析等の分析は走査型電子顕微鏡や熱分析、Ｘ線回折分析装置等を用いて行った。

log[Ti ]

１．緒言

‑4
‑6
‑8
‑10
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

ｐＨ

図１ 溶液中のＴｉ 4+ 濃度とｐＨの関係
3.1.1.マールライト量の違いによる被覆
硫酸チタン(Ⅳ)溶液及び塩化チタン(Ⅳ)溶液を用いたマールライト量の違いによる被覆状態の SEM 像を

化チタンから酸化チタンの低温型であるアナターゼに変化したものと想定される。
3.1.2.撹拌速度の違いによる被覆状態
上記の実験ではほとんどのマールライトに割れが発生したため、マールライト量を 6g に統一して、撹拌
速度の違い(約 230、280、340、480、550、600rpm)による被覆状態の観察を行った。硫酸チタン(Ⅳ)溶液及
び塩化チタン(Ⅳ)溶液を用いた撹拌速度の違いによる被覆状態の SEM 像を図 6、7 に示す。撹拌速度が低

図 2、3 に示す。まず、硫酸チタン(Ⅳ)溶液を用いた
場合、沈殿物は 5µm 以下の球状の生成物でマールラ
イトへの被覆状態は粒状に形成された。次に塩化チタン(Ⅳ)溶液を用いた場合であるが、沈殿はゲル状のものが固化した状態となっており、マールライトへの被覆状態は膜状に形成されているのがわかる。ただし、これらいずれもマールライトの軽量性のため液上に浮揚してしまい、撹拌速度を高速(約 600rpm)にしてマールライトを強制的に液中に取り込んだため、マール
ライト同士の衝突等の理由によりほとんど割れが発生してしまった。
次にこれらのＸ線回折像を図 4、5 に示す。それぞれブロードながらアナターゼ型の結晶形を示しており、100 ℃近い温度で長時間撹拌し続けたため、水酸
速の場合マールライトの割れがほとんど発生しなかったが、被覆されてるものとされてないものがあり、また被覆せずにそのまま沈殿したチタン水和物も多く観られた。硫酸チタン(Ⅳ)溶液及び塩化チタン(Ⅳ)溶液
を用いて撹拌速度を低速で被覆した試料を 20 μ m の篩で選別し、それらをＸ線回折装置で分析した結果を
図 8、9 に示す。これより 20µm 以上の粉体がアナターゼのピークが減少し、20µm 以下の粉体がアナター
ゼの結晶ピークが強く、ガラス特有のブロードなピー
クが検出されないことから被覆がほとんど行われていないことがわかった。

80

7

70

処理温度

6
5

50

4

40
3

30

2

20

1

10
0

ｐＨ

処理温度(℃)

60

ｐＨ
1

10

100
1000
処理時間(min)0104

図11 均一沈殿法(四塩化チタン−尿素)による処理時間、温度及びｐＨの関係る。硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合、反応後 2 〜 3min で沈殿物として生成されるが、塩化チタン(Ⅳ)溶液の場
合反応後数十分間コロイド状態が続き、沈殿物として生成されるのは 40 〜 50min 後であった。
これより、硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合約 50 ℃、塩化チタン(Ⅳ)溶液の場合約 43 ℃でマールライトを 6g
投入し、20 〜 60min 撹拌被覆工程を行った。
これらの被覆状態の SEM 像を図 12、13 に示す。

3.1.3.撹拌時間の違いによる被覆状態
以上よりマールライトの割れを発生させず、酸化チ
タンを均一に被覆させるには撹拌時間を大幅に短縮させる必要があり、水酸化チタンの生成反応直前にマー
ルライトを投入し、被覆後すぐに撹拌を止めることとした。そこで実際どのような温度、pH 条件で水酸化チタンの生成反応が発生するか試験を行った。その結果を図 10、11 に示す。これより硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合約 56 ℃、塩化チタン(Ⅳ)溶液の場合約 50 ℃付
近で生成反応が始まり、この時、pH 値の減少が起き
80

7
処理温度

6

60

5

50

4

40

3

30

2

20
10

1

ｐＨ
1

10

100
1000
処理時間(min)0104

図10 均一沈殿法(硫酸チタン‑尿素)による処理時間、温度及びｐＨの関係

ｐＨ

処理温度(℃)70

硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合、いずれもすべてのマール
ライトにほぼ均一に被覆されており、20min 被覆処理の場合マールライトの割れもほとんど発生しなかった。しかし 60min 被覆処理の場合マールライトの割れが起きた。次に塩化チタン(Ⅳ)溶液の場合いずれもマールライトの割れは発生しなかったが、30min 被覆
処理の場合、ほとんど被覆されなかった。
3.2.結晶化処理
結晶化処理は上記 3.1.3 の被覆処理のマールライト
を用いて結晶化を行った。それぞれの結晶化処理温度の違いによるＸ線回折像を図 14 〜図 17 に示す。これ

よりまず、硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合 20min 被覆処
理では無処理の場合全く結晶化しておらず、60min 被覆処理でわずかにアナターゼのピークが認められた。
これらはいずれも 600 ℃で完全なアナターゼ型、900℃でわずかにルチル型が現れた。
次に塩化チタン(Ⅳ)溶液の場合であるが、30min 被覆処理では全くガラス質のブロードなピークのみで、これからも被覆されていないことがわかる。60min 被覆処理では無処理でもアナターゼのピークがはっきり認められ、600 ℃でアナターゼ型、900 ℃ではアナターゼがほとんど消失し、高温型のルチル型に変化した。
最後にこれらの熱重量曲線を図 18 に示すが、硫酸チタン(Ⅳ)溶液の場合吸着水、水酸化物の分解と想定される重量減少が認められるのに対して、塩化チタン(Ⅳ)溶液の場合、吸着水と想定される重量減少のみであった。

以上より、チタン塩溶液の違いにより被覆される酸化チタンの形状が違ってくるほか、結晶化温度での発生する結晶型も違ってくることがわかった。

４．結言
以上のことより次のことがわかった。
(1) チタン塩溶液の違いにより、被覆される酸化チタ
ンの被覆状態が違っており、結晶化処理により発生
する結晶型も全く違っていた。
(2) マールライトの軽量性のため撹拌速度が低速の場
合、表面に酸化チタンが均一に被覆されず、高速の場合マールライト同士の衝突等の理由により大量の割れが発生した。
(3) マールライトの投入時期を遅らせ、撹拌時間を大幅に短縮することにより、未破壊で均一被覆シラス
バルーンの作製が行えた。
参考文献
1)関根義孝他：県産非金属資源の高度利用に関する研究 平成 9 年度福島県ハイテクプラザ試験研究報告、
pp.61-64、1998
2)関根義孝他：県産非金属資源の高度利用に関する研究(第 2 報) 平成 10 年度福島県ハイテクプラザ試験
研究報告、pp.35-38、 1999
3)化学便覧改訂 3 版基礎編Ⅱ、p.182

高分子材料の加工および使用雰囲気が影響する環境技術−ATR‑IR による赤外吸収スペクトルの測定と DSC による酸化開始温度による劣化評価−
Environment Technology under the Influence on Processing and Using Atomosphere of Polymer Material‑ Estimation of Degradation by Initial Oxidation Temperature and ATR‑IR spectrum ‑材料技術部

三瓶義之・菊地時雄・鈴木雅千・渡部修

2

ウェザーメーターの放射照度を 60、180W/m の 2 つの条件で促進暴露試験を行い、劣化評価を一点反射 ATR による赤外吸収スペクトルの測定と DSC による酸化開始温度の測定からおこなった。酸化開始温度は積算放射照度に比例して低下することがわかった。
Key words:高分子、劣化、酸化開始温度、ATR‑IR、DSC

１．緒言

時間まで促進暴露を行った。

高分子材料の性能評価や寿命の予測を行う上で、劣化の定量化を行うことは実用上極めて重要である。
我々はこれまでウェザーメーターを用いた促進劣化試験を行い、表面粗さ、色差測定、赤外分光分析(以下 IR)、示差走査熱量計(以下 DSC)を用いて劣化の評

２．２．測定条件
IR は一点反射 ATR ユニットを用いて照射を行った側を測定した。
DSC を用いた酸化開始温度の測定は 0.5 ｍｇ程度の試料を空気雰囲気下で 50℃から毎分 10℃の昇温速度価を行ってきた。
その結果ポリプロピレン(以下 PP)において、DSC をで昇温し、分解が始まるまで測定を行った。

1)

用いた酸化開始温度測定 は、IR や融点の測定では変化を観察できない初期の劣化においても極めて有効で

３．結果

2)

３．１．IR による測定結果あることを報告した 。
そこで、今回は劣化の程度と積算放射照度（放射照度×照射時間）の関係について IR、DSC を用いた定量

照射時間とカルボニル基の吸収強度との関係を図 1に示した。
カルボニル基の吸収強度はそれぞれ照射時間に従い化を試みたので報告する。

22増大しているが、照射強度が 180W/m のほうが 60W/m

２．実験

よりもその増加の程度は大きい。
つぎにサンプルが受けたエネルギー（積算放射照度

２．１．促進暴露試験
促進暴露試験には、スーパーキセノンウェザーメー
ターSC‑750（スガ試験機社製）を用いた。

＝照射時間×放射照度）とカルボニル基の強度との関係を図 2 に示した。
2

促進暴露条件を表１に示す。条件１は、促進暴露標

積算放射照度が同じでも放射照度が 180W/m のほう

準試験条件であり、北緯 36 度付近の太陽光 1 日あたが 60W/m の場合よりもカルボニル基の強度は大きく、りのエネルギーの約 7 倍（単位時間あたり約 3．7

IR で観察できる劣化の程度は大きいことがわかった。

倍）であり、促進倍率は屋外暴露条件の約 10 倍にあPP の酸化反応における三級炭素からのプロトンの2

引抜きおよび酸素の攻撃は、三級炭素からのプロトンたる。

の引抜き反応が律則であり、酸化反応の速度はこの反
表１ 促進劣化条件
照度
槽内温度(300nm‑400nm)

応を開始させる紫外線エネルギーに左右される。
槽内湿度

照度に対して敏感であることがわかった。

2

条件１

60W/m

条件２

180W/m

今回の実験においても、カルボニル基の増大は放射43±2℃

50±5%RH

63±2℃

50±5%RH

2

1 サイクル 2 時間（内、降雨 18 分）で、最大 2000

図３
図１

図４
図２

照射時間と酸化開始温度

照射時間とカルボニル基の吸収強度

積算放射照度と酸化開始温度

積算放射照度とカルボニル基の吸収強度

４．結論
３．２．ＤＳＣによる酸化開始温度の測定

異なる照射強度での PP の促進劣化試験片の DSC に照射時間と酸化開始温度の測定結果を図 3 に示した。 よる酸化開始点の測定および IR での分析結果より、
2

60W/m では 1000 時間まで滑らかに酸化開始温度は2以下の結論が得られた。

低下したが、180W/m では 200 時間で急激に低下した。

IR によるカルボニル基の吸収強度から予測される

図 4 は、積算照度と酸化開始温度との関係である。

劣化と、DSC による酸化開始温度から予測される劣化

2

2

2

40kWh/m までは、照度 60W/m も 180W/m も同じ曲線で表すことができた。
PP の酸化開始温度の低下は、PP 分子鎖の切断によとは劣化のメカニズム自体が違うために直接比較する事は出来ず、劣化の反応機構によって適切な評価方法を使い分ける必要が有る事が分かった。

る分子末端の数の増加によるものと考えられ、劣化のIR の測定から予測される劣化の程度は照射強度に初期における酸化開始温度の低下は、PP 分子鎖の切影響を受け、DSC の測定から予測される劣化の程度は断によっておこり、その程度は積算放射照度に影響さ樹脂が受けたエネルギーの総量に影響を受ける事が分れる事が分かった。

かった。
参考文献
1) 大武義人:高分子材料の事故原因究明と PL 法（アグネ技術センター）
2) 第 13 回べにばなコンファランス予稿,26‑27(1999)照度

槽内温度 槽内湿度

高分子材料の加工および使用雰囲気が影響する環境技術−Pyro‑GCMS を使った漆塗膜中の有機系添加剤の定性方法−
Environment Technology under the Influence on Processing
and Using Atomosphere of Polymer Material-Qualitative

Method材料技術部

onOrganic

渡 部

Additivein

Laquer

Tree

Paint

Film

Using

Pyrolyzer-GCMS‑

修・菊地時雄・鈴木雅千・三瓶義之

漆液にいろいろな有機化合物を添加し、硬化させた漆塗膜を測定試料として、その成分が塗膜硬化後に遊離するかどうか、または漆液の成分と結合しているかどうかを調べる方法を検討した。熱分解装置（パイロライザー）をＧＣＭＳに装着し、熱抽出した成分を質量分析する方法を考案した。これは通常のソックスレー抽出法などと比較して、溶媒に影響されずに直接試料を分析機器に導入できるため、簡便で精度の高い方法であることが分かった。

Key

words:

漆、添加剤、GCMS、熱抽出

1.緒言

続いてガラス板にアプリケータ（ベーカー式）を用
いて20μm に塗布し、恒温恒湿槽で湿度 75%RH−温度
塗膜の改質、加飾を目的として、漆には古来よりい20℃の条件で硬化させ、全て硬化終了後の塗膜を測
ろいろな化合物が経験的に添加されてきた。例えば、
定試料とした。塗膜は冷暗所保存を行った。
顔料や金属などの不溶物を除けば、亜麻仁油、桐油、ろいろ漆は工業技術連絡会議物質工学連合部会塗装
荏油、胡麻油、松脂、卵白、膠、胆汁、などがあげら
工学分科会漆工研究会編集の分析方法により組成分析れる。その中には、漆液との化学反応、あるいは塗膜を行った結果、ウルシオール 82.9%、含窒素物 4.4%、の内部構造変化に深く関与していると考えられるものも多くある。しかしながらこれらとの直接の反応物は、 ゴム質 9.5%、水分 3.2% であった。
添加した試薬は和光純薬工業（株）、ナカライ・テ
双方が天然物原料で単一成分でないために、反応させスク（株）の市販品である。この報告では分析結果のても細かな化学構造的な情報が得にくく、塗膜自体も例としてステアリン酸のみをあげることとするが、他あらゆる溶媒に不溶であるために反応のメカニズムをに鎖長の異なる脂肪酸、同エステル、同アルコール、
考察しにくい。
同アミドなども行っている。
我々はこれまでに、漆塗膜の硬化時におけるウルシ
オール逆ミセル構造の形成の提案1）、それに基づいた劣化機構と視覚的な評価方法2）、紫外線吸収剤を添加した時の挙動の評価 3） などを行ってきた。さらに研究を添加剤による漆塗膜の高付加価値化、耐光性の向上などの分野に発展させるためには漆成分と添加剤との反応性の有無を調べることが必須事項となった。本研究では漆にいろいろな添加剤を加えた場合に、漆液の成分、特にウルシオールと化学的に結合しているかどうかを熱抽出による遊離成分の有無で評価する新たな試みを行った4）。

２.実験
2.1.試料漆は市販の中国産透けろいろ漆（（有）田島漆店）
を用い、含有ウルシオール（平均分子量 315.6） 1）
量に対して試薬を 1 mol ％添加し、へらにより均一に分散するように混合した。添加量については、目的による違いや、試薬により添加可能な飽和量も不明であるので最適な量は不明であるが、熱可塑性樹脂に一般的に添加される量を目安に決定した。

2.2.実験方法
添加剤の有無の確認には分子量およびそのフラグメントを用い、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMS）で測定した。
熱分解装置［ダブルショット・パイロライザーPY2
010D（フロンティア・ラボ（株））］を用い、「100℃‑3
min 〜30℃/min 〜300℃‑5 min」の条件で熱脱着して得られた成分について定性分析をした。使用カラムは、金属キャピラリーカラム5‑7） ［Ultra ALLOY‑1,
30 m （フロンティア・ラボ（株））］、GCMS は、二重集束型質量分析計［JMS‑AX505HA（日本電子（株））］
を用いた。
熱脱着法 5‑7） とは、ダブルショット・パイロラ
イザーを使った分析方法の１つで、最初に熱抽出の設
定温度条件に試料を曝して試料中の揮発成分を抽出、濃縮し、それを分析した後、続いて残りの試料基質を熱分解の設定温度条件で熱分解し、分解物の分析をする二段階の分析手法である。今回の実験では、第一段階の熱脱着の分析のみを行った。

３.結果と考察
この報告では、ステアリン酸の場合についてのみ報告する。この化合物は漆の成分（特にウルシオール）とは化学的な結合はしないとされているものである。図１に無添加の漆塗膜のみとステアリン酸を添加して硬化させた漆塗膜とを比較した測定データをあげる。検出される全てのイオンを測定したトータル・イ
オン・クロマトグラフ（ＴＩＣ）では、漆塗膜から複雑な熱抽出成分が検出されていることが分かるが、このＴＩＣチャートをステアリン酸の分子量（m/z＝284）でサーチすることにより明確なピークとして分離して確認することができる。このピークのＭＳおよびフラグメンテーションを調べることによりステアリン酸が遊離していることが確認できる。
これ以外の試薬についても実験を行っているが同様の良好な結果が得られている4）。
添加した試薬がマトリックスと化学結合を伴う化学反応を起こした場合、または状態的に拘束、捕獲された状態では、抽出してもその化合物は検出されないと考えられる。従って添加剤とウルシオールの結合および反応の完了の確認は、硬化塗膜からの添加剤の抽出、定性により概ね判断できると考えた。
漆塗膜は不溶性であるため抽出方法が問題になる。
溶媒による抽出は、溶媒との親和性によって成分や量が変わるため、良好な溶媒選択が結果を大きく左右す
ることになる。これに対して熱脱着を利用した熱抽出は溶媒を選ばない点や塗膜を直接分析機器にかけられる点が優れていると言える。ただし、添加剤の揮発性の有無やそのフラグメントの特徴をよく押さえておくことが必要だと考えられる。
今回の実験を通して熱脱着を利用した分析法は漆のような硬化、不溶になる化合物と添加試薬との反応性の確認に非常に有効であることが確認できた。
参考文献
1) 渡部

修，長井勝利，日化，113 (1999)2) 渡部修，長井勝利，日化，123 (1999)3) 渡部修，長井勝利，日化，691 (1999)4) 渡部修，長井勝利，日化，211 (2000)

5) 渡辺忠一，他，29th.熱測定討論会資料，342 (1993)
6) 渡辺忠一，高分子，43‑2，110 (1994)
7) 大谷肇，分析化学，45‑2，135 (1996)

高機能防振ゴムの開発に関する研究（第４報）
A study on a method to get equipments for the vibration control high functional rubber
生産技術部 斎藤俊郎 渡辺正幸
企画情報部 橋本 真
株式会社 ファインラバー研究所

高木和久

中条典明

根本雅司

高荷重・低周波振動を有する機器に適した安価な防振ゴムの開発を目標とした。そのために、要素をゴムとすることで低コスト化をはかり、ゴム構造を硬質のゴム層と軟質のゴム層からなる多層構造として、防振特性を検討した。また、多層構造の解析に CAE を適応し、開発における CAE の有効性を検討した。その結果、硬質層は外側四方を取囲む構造よりも、サンドイッチ状の並列形とする構造が共振周波数が低いことを確認した。また、並列形の場合，
ＣＡＥ解析結果と実測値がほぼ等しくなることを確認した。
Key words:振動、防振ゴム、多層構造

１．緒言
現代社会では、自動車、鉄道などの輸送機器や家庭電化製品など様々な機器から発生する振動を低減する
ため、用途に合わせた特性を持った防振機器が開発され、様々なところで使用されている。
その中で、高重量、低周波振動を有するコンプレッサーなどに用いられる防振機器は、十分な防振特性を有するために、バネやゴムなど複数の機械要素の組み合わせによって構成する必要があり、結果的に高価な機器となっている。
そこで本研究では、このような防振機器の低コスト化をはかるため、防振要素を安価なゴム単一にし、そのゴム構造を多層構造として、防振特性に及ぼす層構造の影響を検討し、高荷重、低周波振動を有する機器に適した防振ゴムの開発を目指す。
また、開発・解析手法として、層構造の検討にＣＡ
Ｅを適応し、防振ゴムの開発工程において、評価工程の省力化についてのＣＡＥの有効性を検討する。

２．試験方法２．１．試験片構造
作成した試験片は、長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ１２ｍｍとし、ゴム上面・下面には、治具固定用真
ちゅうプレートを加硫接着させた。
検討する層構造は、図 1 の２種類である。
内層：軟質のゴム①並列形多層ゴム
図１

外層：硬質のゴム②囲形多層ゴムまた、異なる静的特性・動的特性を持つ試験片を作成するために、形状は長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ１２ｍｍで一定とし、内層と外層の幅を変化させて、試験片を作成した。
２．２．使用材料
本試験に用いたゴム材種は、硬さの異なる４種類とした。その物性値は表１のとおりである。
表１

物性値

ゴム種類[No]
硬さ
針入度
比重
１
A1
41
1.00
２
A2
39
1.00
３
A28
11
1.01
４
A41
8
1.09
＊硬さ試験はﾀｲﾌﾟ A ﾃﾞｭﾛﾒｰﾀを使用。また、針入度はJIS K 2207 による針入度計を使用。
なお、下記表２のとおり試験片は、構造やゴムの種類を意味する記号によって表す。
表２

記号
例:14P30
例:23F24

試験片記号

内層ゴム 外層ゴム
No1
No4
No2
No3

層構造
並列型
囲型

内層幅
30ｍｍ
24ｍｍ

２．３．負荷条件
試験片への負荷質量は、およそ４７ｋｇのコンプレッサーを４個のゴムで支持するものと想定した。これ
より、ゴム１個あたり１１.７５ｋｇの質量が負荷されることとなり、これを標準負荷とする。標準負荷でのゴムの応力は０.０７２５ＭＰａとなり、これを使用状
況を想定した目標応力とした。
また、ひずみ量が１０％となる変位を標準変位とし、目標応力でのひずみ量が１０％となる場合を目標となる静的強度とした。

多層ゴム構造①並列形多層ゴム：外層を硬質ゴム、内層を軟質ゴムにしたサンドイッチ構造。
②囲形多層ゴム ：軟質である内層ゴムの外層四方を全て硬質ゴムで囲んだ構造。

２．４．静的特性試験
試験装置は、図２のとおり、かご型圧縮試験治具を用いた引張り試験機（㈱島津製作所製：島津オートグ
ラフ AG-10kNE）を使用した。

試験は、圧縮ひずみを試験片に負荷し、ひずみを一定に保持したときに発生する荷重の測定を行う緩和試
験を行い、その後さらにひずみを増減させ荷重−変位曲線測定を行った。
各試験条件は次のとおりである。
１）緩和試験
変位速度２．４ｍｍ/ｍｉｎにて標準変位１．２ｍｍ（ひずみ１０％）を加えた後、１時間保持し、その間の荷重−時間曲線を記録した。測定では圧縮直後に発生する最大荷重、およびひずみ１０％を１時間保持
した後の緩和後荷重を測定した。
２）荷重−変位測定
緩和試験後、その試験状態から、変位±０．３ｍｍ（ひずみ５％）を変位速度１．２ｍｍ/ｍｉｎにて加える試験を繰り返し３回行い、３回目の荷重−変位曲線を記録した。これより、応力−ひずみのヒステリシス
曲線を測定した。

これらは、標準負荷 11.75ｋｇに相当する静的負荷を１時間加えた後、上記試験条件にて１０分間加振して周波数応答関数を計測した。これにより、共振周波数[Hz]、共振倍率を測定した。

３．解析方法
３．１．解析条件
多層ゴムの静的強度についてＣＡＥを用いて解析を行 な っ た 。 使 用 し た Ｃ Ａ Ｅ ソ フ ト は 、 MSC 社 のMSC/PATRAN ADVANCED FEA である。
ゴムの材料特性は、線形弾性体を定義し荷重条件・拘束条件は、モデル上面にひずみ１０％の変位（標準変位）を与えモデル下面は固定とした。解析値は、モ
デル下面反力を算出しこの反力からひずみ１０％変位時の負荷応力を求めた。
３．２．物性値解析に用いたゴムの縦弾性係数を表３に示す。
表３

かご型圧縮
試験治具
負荷増減方向試験片

静的特性試験

２．５．動的特性試験
試験装置は、図３のとおりである。振動試験機（エミック㈱製：振動試験機 F2000BDH）に固定した治具を介し試験片に振動を加え、治具上の加速度ピックア
ップによって、加振信号と伝達信号を検出し、FFT ア
ナライザーにて動的特性を測定した。また、試験は、振動試験機上部に接続した恒温槽内（23℃）
で行った。
加速度ピックアップ

４．結果および考察

４．１．静的特性試験
ゴム材種組み合わせとして、内層にＮｏ１、外層にＮｏ４を用いた試験片を作成しその静的特性を検討した。試作はあらかじめＣＡＥにより静的強度を解析した結果をもとに、並列形は内層厚さ１６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、囲形は内層厚さ２６ｍｍ〜３６ｍｍの範囲に渡りそれぞれ５点作成した。
治具上プレート
図 4 に試作した並列形の試験片の内層厚さとひずみ（負荷質量）
１０％でのゴムの最大応力と緩和後応力を示す。

振動方向

0.25

試験片
治具下プレート
振動試験機

加速度ピックアップ
図３ 動的特性試験

評価振動としては、ランダム波を用い加振条件は、防振挙動の把握に必要な周波数域 8〜50Ｈｚ、加速度２スペクトル密度（ASD）0.005G /Hz、とした。

応力[ＭＰａ]図２

縦弾性係数

ゴム種類(No)
縦弾性係数(MPa)１０．０６７４２
０．０９６３
３
０．７２６
４
１．２８
縦弾性係数は、φ６×２００ｍｍの形状のサンプルを作成し、静的特性試験と同様にひずみ１０％を１時間保持した後ひずみ５％を加え、荷重−変位曲線を記録し、算出した。

並列形14P
最大応力
緩和後応力

0.2
0.15
0.1

目標応力

0.05
0
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
内層の厚さ[ｍｍ]
並列形多層ゴムのひずみ１０％時応力

図４

静的特性

層構造

標準負荷に適した試験片

記号

内層厚さ
（ｍｍ）

応力
（ＭＰａ）

並列形
１４Ｐ３０
３０
０.０７４
囲 形
１４Ｆ３２
３２
０.０７１
また、応力−ひずみヒステリシス曲線では、並列形に比べて囲形はヒステリシス曲線で囲まれる面積が大
きく、囲形の方が粘性の効果が大きいことが確認された。
４．２．解析
解析したゴム材種の組み合わせは前記の静的特性試
験と同様に内層材種Ｎｏ１、外層材種Ｎｏ４とした。
解析例として並列形の１４Ｐ３０の変位についての結果を図５に示す。硬い外層に比べて、軟らかい内層が大きく膨らんでいる。

0.3
並列形14P
応力[ＭＰａ]表４る。
囲形においては、並列形より解析値の誤差が大きくなっている。誤差の原因としては、解析用の物性値測定に用いた試料と試験片の形状が異なるため、この形状差が物性値に影響をもたらしていることが考えられる。特に、囲形では応力―ひずみ曲線のヒステリシス
量が大きいため圧縮行程での物性値の変化が大きく、解析用に測定した物性値と試験での物性値との誤差がより大きくなるものと考えられる。

実測応力
解析応力

0.2

0.1

0
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
内層の厚さ[ｍｍ]
並列形多層ゴムのひずみ１０％時応力

0.3
囲形14F
応力[ＭＰａ]

静的特性試験では、試験片は圧縮直後に最大応力を生じるがその後緩和挙動により応力は減少する。そのため長時間負荷が加わったままになるという防振ゴムの使用状況を考慮して、ここでは負荷を与えて１時間
後の緩和後応力をもって静的強度を評価した。
図４に示すように並列形では内層厚さ３０ｍｍで目
標応力にほぼ一致しており、標準負荷に適した多層構造のゴムを得ることができた。また囲形では内層厚さ３２ｍｍで目標応力にほぼ一致した。
標準負荷に適した層構造ごとのゴムの組み合わせは
つぎの表４のとおりである。

実測応力
0.2

解析応力

0.1

0

ひずみ負荷方向24

上面：ひずみ 10％負荷26

28 30 32 34
内層の厚さ[ｍｍ]3638

囲形多層ゴムのひずみ１０％時応力

外層

図６
内層

下面：固定

図５

解析結果（変位）

標準変位での応力について解析値（解析応力）と試
験値（実測応力）との比較を図６に示す。
並列形は、解析値と試験値ともほぼ一致しており応力の増減も同じ傾向を示している。囲形では応力の増減の傾向は両者で異なり、内層厚さ３２ｍｍから離れるに従い誤差が大きくなっている。
この結果より、並列形においては若干の誤差がある
ものの静的強度の予測が可能であると考えられる。そこで、並列形の他の材種組み合わせ（No１と NO３）
（NO
２と NO３）（No２と No４）について、解析結果を用いて静的強度を予測し、内層厚さが２ｍｍ異なる２点を試作し試験を行った。その結果、試作した中から目標応力に近い値を示す試験片を得ることができ、並列形
では試作個数の削減にＣＡＥが有効であると考えられ

解析値と試験値の比較

４．３． 動的特性試験
４．３．１ 層構造の影響
図７にゴム材種組み合わせ（Ｎｏ１とＮｏ４）における並列形と囲形の各試験片の共振周波数、図８に共振倍率を示す。
共振周波数に及ぼす層構造の影響については、図７に示すように、多少であるが並列形の方が低い共振周波数を示している。共振倍率については、図８に示すように囲形の方が低い値となっているが、これは囲形の方が応力−ひずみヒステリシス曲線が囲む面積が大きく、粘性の効果が大きいためと考えられる。
ほぼ同じ静的強度を持つ並列形と囲形を比較すると、並列形の方が共振周波数が低いことから、低周波数振動を有する機器への防振装置としては、囲形より並列形の方が適していると考えられる。
囲形の方が共振周波数が高い原因としては、圧縮での変形状態を考えると並列形では、外層に覆われていない面で内層が大きく膨らむことができ、外層はおも共振周波数[Hz]35

負荷応力：0.0725[MPa]25負荷応力：0.0725[MPa]共振周波数[Hz]に圧縮変形が生じるのに対し囲み形は、内層が外層によって囲まれているため外層は圧縮挙動だけではなく、内層の膨らみによるたわみの影響が大きくこれにより、粘性の効果が大きくなっているためではないかと考えられる。

20
14Pの1次回帰

15

並列形
14P30
13P24
(14P30より外層が軟)24P32(14P30より内層が硬)

30

10
0.05
25

並列形

囲形

14P16
14P18

14F26
14F28

14P20
14P24
14P30

14F30
14F32
14F36

20

多層ゴムの緩和後応力と共振周波数
図９15

多層ゴムの緩和後応力と共振周波数
共振周波数

6
負荷応力：0.0725[MPa]

共振倍率

5

4

並列形

囲形

14P16
14P18
14P20
14P24
14P30

14F26
14F28
14F30
14F32
14F36

3

2
0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

応力[MPa]（ひずみ１０％、緩和時間１H）
多層ゴムの緩和後応力と共振倍率

図８

異なる材種による共振周波数

５．結言

0.1
応力[MPa]（ひずみ１０％、緩和時間１H）

図７

0.1

応力[MPa]（ひずみ１０％、緩和時間１H）

共振倍率

４．３．２ 材種の影響
図９に、並列形における異なる材種組み合わせでの共振周波数を示す。１４Ｐ３０の試験片と他を比べると、１４Ｐ３０より外層を軟らかい材種にして内層と外層の硬さの差を少なくした１３Ｐ２４は、共振周波数が低くなっているが、内層を硬くすることで内層と外層の硬さの差を少なくしている２４Ｐ３２では、共振周波数は高くなっている。この傾向は囲形においても同様であった。これより、共振周波数は、内層と外層の硬さの差が大きいほど低くなるのではなく、適切なゴム材種を組み合わせることによりより低い値を示すと考えられる。

外層に硬いゴム、内層に軟らかいゴムを用いた並列
形、囲形の２種類の防振ゴムを試作し層構造の違いによる静的特性、動的特性を評価した。
その結果、目標となる静的強度を持つ試験片を作成することができた。また、並列形では、試作の過程で静的強度の評価にＣＡＥを適用することで、評価工程の省力化が可能であることがわかった。
動的特性への層構造の影響では、並列形と囲形では同じ静的強度を有しても、共振周波数や共振倍率に違いが生じ、並列形の方が共振周波数は低くなることを確認した。これより、低周波数振動を有する機器への防振機器としては、並列形の方が適していると考えられる。
また同じ層構造でも、内層、外層のゴム材種を適切に組み合わせることにより、共振周波数は低くなることがわかった。
これらの結果を、高荷重、低周波数振動に適した防振装置の検討に役立てていく。
参考文献
1)角田稔 橋本真 渡辺正幸： 高機能防振ゴムの開発に関する研究 、福島県ハイテクプラザ試験研究報告、
pp.109 –110、1997
2)橋本真 角田稔 渡辺正幸： 高機能防振ゴムの開発に関する研究 、福島県ハイテクプラザ試験研究報告、
pp.65 –66、1998
3)橋本真 角田稔 渡辺正幸： 高機能防振ゴムの開発に関する研究 、福島県ハイテクプラザ試験研究報告、
pp.51 –54、1999
4)村上謙吉： レオロジー基礎論 、産業図書株式会社、
1998

ポリプロピレン容器の超音波接合技術の研究
Study on Ultrasonic Welding Technique for Polypropylene Bottle
生産技術部 藤井 正沸
材料技術部（株）東北東海

酒井 勝雄
渡部
修
沼田 雅和

超音波溶着機を用いてポリプロピレン容器を溶着するための基礎技術について研究を行った。実験では、ポリプロ
ピレン（以下ＰＰ）以外にもアクリロニトリルスチレン共重合体（以下ＡＳ）、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴ）を比較材料として、単純形状の試験片による溶着部の接合強度について調べた。いずれの材料も溶
着部は母材の約５０％の引張強度が得られるが、超音波の伝達と溶着部発熱を考慮した溶着物の形状が必要となる。
ＰＰ容器においては超音波の伝達性が低く、強い超音波に耐えうる形状が必要と予測された。

Key words : 超音波伝達溶着、ポリプロピレン、耐圧容器、引張試験、熱画像解析

１． 緒言
プラスチックの接合技術は各種多彩な方法が実用化されている。ここでは、成形プラスチックを容易かつ迅速に溶着が可能である超音波伝達溶着法について、
代表的材料の溶着性について調べた。従来、この手法
では、硬く非晶質性の材料を対象に実用化が進んでいるが、より付加価値の高い製品開発を行うために、溶着が難しいと考えられていたＰＰ材などの、結晶性で柔らかい材料を対象とした溶着技術の確立が望まれている。ここでは、ＰＰ材で成形された小型圧力容器の製造を目的として、これら材料に対する超音波伝達溶
着の基礎的な実験を行い、その可能性について調べたものである。
この研究では、ＰＰ材以外に従来から成形品溶着を行っているＡＳ材、リサイクル性が高いとされている
ＰＥＴ材についても、溶着性を調べた。溶着性の調査においては、単純形状の溶着試験片を作製して、各種条件において超音波伝達溶着を行い、試験片の引張強度の測定を行った。また、成形容器の超音波伝達溶着を行い、溶着製品の実用性と問題点について検討を加えたものである。
実験結果において、超音波伝達溶着部の強度が母材に比べ５０％程度の強度が得られることがわかった。
また、超音波の伝達性が低いＰＰ材においては、溶着に必要な超音波振動を伝達する形状を考慮することが必要と考えた。
２． 実験方法
２．１．供試材料及び試験片形状
実験では、表１に示した特性を有する３種類の材料

表１．供試材料の特性
性

質

ＡＳ

ＰＥＴ

ＰＰ

SAN－T

TR-A

ＰＭ６００Ａ

2738

2652

2946

融点（℃）

－

254

167

ガラス転位温度（℃）

105

78

－17

融解熱（J/ｇ）

－

18.8

41.6

比熱(J/g/℃)

3.23

2.06

4.65

音速(m/s）

引張強さ(Mpa)

68.9

68.2

32.3

引張弾性率(Mpa)

4802

3969

1842

を用いた。ＡＳ材は融点の存在しない非晶質材で、Ｐ
ＥＴ，ＰＰ材は、結晶性で性質の異なる材料を用いて超音波伝達溶着性について調べた。これらの材料で図１に示した形状に成型した溶着試験片で溶着部の強度

B

29

13

1 .2

28
10 °

1
29

TYPE‑A
13

10 °TYPE‑B
B

図１．試験片形状−１

29

13

Ｂ

29

6
4

Ｔ

TYPE‑C

27

2
29

25

TYPE‑ D

13

試験片を準備し、表２に示した条件で溶着を行い、その平均強度で比較を行った。溶着時の加圧力は約Ｂ

図１．試験片形状−２を測定した。試験片には、超音波の伝達距離と溶着面における超音波のエネルギー・ダイレクターを変える目的
で、各材質につき４種類の形状の試験片を作製した。
TYPE‑A,B は、引張り強さで、TYPE‑C,D はせん断強さで溶着部の強度を評価した。これらの試験片は、成形された短冊形試験片を機械加工することによって作製した。
試験片厚さＢは 6.2mm であるが、ＰＰ材については成形時に欠陥が発生するため、3.1mm とした（T=B/2）。
２．２．超音波溶着機
実験に用いた超音波溶着機の構成を図２に示した。

表２． 試験片の溶着条件
試験片形状
接合面-入射面距離(mm)
溶着面積(mm)
材質
ブースター倍率
出力ダイヤル値
最大電流値（A)
発振時間－１
発振時間－２発振時間－３
試験片形状
接合面-入射面距離(mm)
溶着面積(mm)
材質
ブースター倍率
出力ダイヤル値
最大電流値（A)
発振時間－１
発振時間－２発振時間－３

AS
1.3
100
40
0.3
0.5
0.7

AS
1.3
20
18
0.15
0.3
0.5

TYPE-A
29.0
80.6
PET
PP
2.4
2.7
100
80
46
42
0.3
1.5
0.5
2
1
3
TYPE-C
7
24.8
PET
PP
2.4
2.7
80
60
20
42
0.5
0.5
0.7
1
1
2

TYPE-B
29.0
80.6
AS
PET
PP
1.3
2.4
2.7
100
100
80
40
50
42
0.3
0.3
1.5
0.5
0.5
2
0.7
1
3
TYPE-D
3.3(PPのみ1.6）
26.0
AS
PET
PP
1.3
2.4
2.7
80
80
60
40
40
42
0.15
0.5
0.5
0.3
0.7
1
0.5
1
2

３００Ｎとし、各材質に合わせてブースターの選定を行い、試験片が破壊もしくはホーン接触面が溶融しない程度の最大出力をダイヤル値に設定した。最大電流値は、自動追尾制御方式で、必ずしも設定ダイヤル値と比例しない。また、溶着のための超音波の発振時間
は、３段階に変えて溶着強度を比較した。
２．４．容器の超音波伝達溶着
容器の超音波伝達溶着
2.1.で用いた材料で射出成形された容器に同質材のキャップを円周接触させて同時に溶着し、その容器の耐圧を調べることで溶着容器としての実用性を調べた。
容器の溶着条件は表３に示す。これには、溶着時にキ

図２．超音波溶着機の構成

表３． 容器の溶着条件
試験片形状

この島田理化工業（株）製の溶着機は、本体（USW‑63A）と自動追尾制御方式の電源（ET‑120S‑5）から構成され、
被溶着物とホーン先端で接触して溶着が行われる。超音波は、本体内部のピエゾ素子から公称１８kHz、最大１．２ｋW で発生され、ブースタとホーンの構造によって軸方向の振動振幅が増幅される。溶着時は、エアーシリンダでホーンを被溶着物に加圧して、設定された出力（目標値）と時間で超音波が発振され、母材内部を超音波が伝達され、接合面で生じる摩擦発熱により溶着現象が生じる機構となっている。
２．３． 実験方法
図１に示した形状の試験片に対し、矢印の方向にホーンを接触させて超音波を入射し、溶着を行った。この実験では、各材料それぞれの形状について、３本のTYPE-E

容器固定ジグ

TYPE-F無し

ホーン先端形状

有り

平面

平面

材質

AS

PET

PP

AS

PET

PP

ブースター倍率

1.3

2.4

2.4

1.3

2.4

2.4

出力ダイヤル値

20

80

60

20

80

60

最大電流値（A）

33

30

40

33

30

40

発振時間

0.4

0.4

0.3

0.4

0.4

0.3

試験片形状

TYPE-G

TYPE-H

容器固定ジグ無し

有り

ホーン先端形状

凹面

凹面

材質

AS

PET

PP

AS

PET

PP

ブースター倍率

1.3

2.4

2.4

1.3

2.4

2.4

出力ダイヤル値

20

80

60

20

80

60

最大電流値（A）

18

20

20

18

20

20

発振時間

0.4

0.4

0.3

0.4

0.4

0.3

常用ホーン

改造ホーン

キャップ

溶着部

キャップ

３．実験結果３．１．試験片の溶着強度
材質別に溶着された各種形状の試験片の引張強度を溶着時間で調べた結果が図４である。
図４−１のＡＳ，
ＰＥＴにおいては、TYPE‑A,B の試験片で高い強度の溶着部が形成できており、これらの溶着条件には適正な

50.0

ＴＹＰＥ－Ａ

ＰＥＴ溶着強度

40.0
30.0
20.0
10.0

ＴＹＰＥ－Ｂ
ＴＹＰＥ－Ｃ60.0

引張り強度（Mpa）

引張り強度（Mpa）

60.0

ＴＹＰＥ－Ｄ

50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0

0.0

ＴＹＰＥ－Ｄ

Ｎｏ．２

Ｎｏ．３

溶着時間

図４−２．溶着時間と溶着強度
溶着部を形成できた。これは、超音波の伝達距離が短
い方が、伝達時の損失が少ないためである。また、他の材料に比べ溶融の熱量が高く、昇温に時間を要する
ためにＮｏ．
３で溶着強度が高くなったと考えられる。
これらの強度を、各試験片形状別に平均値を求めて形状別に母材に対し強度比で比較したのが図５である。
母材対比溶着部強度

容器本体

図３．容器の溶着方法

ＴＹＰＥ－Ａ
ＴＹＰＥ－Ｂ
ＴＹＰＥ－Ｃ
ＴＹＰＥ－Ｄ

ＴＹＰＥ－Ｃ

固定ジグ

容器本体

ＡＳ溶着強度ＰＰ溶着強度ＴＹＰＥ－Ｂ

45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0

Ｎｏ．１

対母材引張り強度比

７０

φ 22

ＴＹＰＥ－Ａ

引張り強度（Mpa）

ャップが破壊もしくは溶融しない最大レベルの超音波出力を設定した。キャップの構造上、必ずしも前述の試験片の溶着条件と同じではない。各材料の溶着条件を確定して、図３に示したような容器のまま溶着した場合（TYPE‑E）と容器の固定を行った場合（TYPE‑F）、
それとホーンの先端に凹部を設け溶着面とホーンの接
触面の間隔を近づけ、容器の固定を行なわない場合(TYPE‑G)と固定した場合（TYPE‑H）について３本ずつ溶着を行い比較し、それぞれの材料についての効果を調べた。この溶着時の加圧力も約３００Ｎとした。

Ｎｏ．１ Ｎｏ．２ Ｎｏ．３

Ｎｏ．１ Ｎｏ．２ Ｎｏ．３

溶着時間

溶着時間

図４−１．溶着時間と溶着強度時間が存在し、Ｎｏ．１のように短時間では十分溶着が起こらず、Ｎｏ．３のような長時間では溶着部が過熱によって熱劣化が生じたものと推定される。
TYPE‑C,D においては、超音波の伝達距離が短いにも関わらず、溶着部の強度は低かった。
図４−２に示したように、ＰＰにおいては TYPE‑Cの試験片が溶着時間を長くすることで、高い強度の

ＡＳ
ＰＥＴ
ＰＰ

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Ａ

Ｂ
Ｃ
試験片形状

Ｄ

図５．試験片形状別の母材比強度
ＰＰを除いた材料では、TYPE‑A,B が高い強度を示した。
特に、TYPE‑B の試験片形状ではいずれも、５０％以上の母材比強度を有し、エネルギーダイレクターの有効性が示された。また、Ｃにおいては、試験片の切欠部に亀裂が生じるため、超音波振動エネルギーの伝達を抑制した結果、溶着不良となった。さらに、Ｄにおいては、ホーンとの接触による冷却効果が溶着性を低下させているものと予想される。
ＰＰにおいては、
TYPE‑Cの試験片の溶着強度が高くなった。これは、切欠の応力集中が小さい柔らかさであり、この形状においての超音波伝達距離７mm 程度が、冷却の影響が小さく且
つ超音波の伝達に有効となる距離と考えられる。
超音波伝達溶着の溶着性については、基本的形状である TYPE‑A において、
ＡＳ及びＰＥＴはＰＰに比べ溶着性が高い。この違いは、ＰＰの比熱が高く溶融に多くのエネルギーを要することと、弾性率が低く超音波の伝達率が低いことが影響していると思われる。この試験片における溶着面の温度を測定した図６の結果か
ら、何れの材料も溶融温度に達していることがわかる。
また、ＡＳやＰＥＴが 0.3 秒で 300℃まで昇温するのに対し、ＰＰは同じ温度になるのに１秒以上の時間が必要となっていることからも、PP の溶着性が低いことが推察される。

図７ 容器の温度分布
図６ 溶着時の温度
３．２． 容器の溶着結果
表３に示した条件で、溶着された容器の耐圧試験の
平均破壊圧力を表４に示した。この結果から見れば、
表４ 容器の耐圧試験結果
破壊圧力
(Mpa)
ＡＳ
ＰＥＴ
ＰＰ

ＴＹＰＥ
−Ｅ
6.67
0.70
1.10

ＴＹＰＥ
−Ｆ
6.37
1.77
1.10

ＴＹＰＥ
−Ｇ
0.27
0
0.77

ＴＹＰＥ
−Ｈ
0.40
0
0.50

ＡＳ以外の容器では溶着性が低く、実用化が難しいことがわかった。溶着条件は、キャップ部の破損（ＰＥＴ）とホーン接触面の熱変形（ＰＰ）から、より高いエネルギーの入力は難しい。そこで、容器の一部を固定（TYPE-F）したところ、PET においてのみ破壊圧力が高くなった。また、ホーンに凹部を設ける改造を加えたものは、全ての試験片で破壊圧力が低下（ＰＰのみ傾向が小さい）した。容器の固定は、十分な解明がされていないがあまり有効とは思われない。ホーンの改造についても、ＰＰのように伝達性の低い材料であれば、ホーンと溶着部を近づけることで改善が期待されるが、改造に伴う超音波の不要な反射がホーン先端の振幅をより低下させるため、溶着が起きづらくなるものと思われる。超音波の反射波の影響については、
本研究の中では十分な解明がなされていないが、超音波発振機の自動追尾制御方式と複雑に関係し、思わぬ溶着不良を発生していることが十分予測される。この結果だけでは、ＰＰのような材料で超音波伝達溶着が困難と思われる形状の判断と溶着性の改善が成されない。そこで、熱画像解析装置を用いた溶着物の温度分布を計測した結果が図７である。溶着性の高いＡＳ容
器は溶着面からの発熱が良く起こっている。それに対し、ＰＰ容器はホーン接触面からの発熱が先行している。ＰＥＴ容器はこれらのやや中間的な発熱形態である。この手法は、溶着物の溶着可能性を調べるのに適しており、ＰＰやＰＥＴ容器の溶着を改善するためには、溶着部からの発熱を高める必要があることがわかる。それには、試験片の溶着実験から推察されるように、より高い超音波エネルギーをキャップ部で伝達するための破壊しない構造を有し、特にＰＰ容器においては、ホーンによる冷却で接触面の変形を抑制しながら、溶着面が冷却されない程度で伝達距離を短くする
ことが有効と考えられる。

４．結言
本研究では、ＰＰ容器を対象とした超音波伝達溶着の実用化について他の材料と比較検討したところ、溶融熱量が高く、超音波伝達性が低いため溶着性が低いと判断した。これを改善するには、より強い超音波で溶着することが必要と思われ、より伝達し易くかつ、強度を有する製品形状にすべきと考えられる。
他にも、有効なエネルギー・ダイレクーを設計することも効果的な手法と考えられる。
試験片の溶着結果から、素材の溶着部は適正な条件を設定することで、ＰＰ材においても母材の５０％以上の強度が得られる。
硬い材料では超音波伝達時の応力集中を受けやすく、
超音波の伝達エネルギーが制約されるので、切欠部の少ない製品設計が必要である。また、超音波伝達溶着による製品の実用化を調べるためには、熱画像解析による溶着時の製品温度分布の計測が有効である。
材質を基礎的に検討するための超音波減衰と実機での実用化における超音波の反射が及ぼす発振出力の影
響についても重要な問題ではあるが、今後の課題とな
った。
参考文献
•
Technical Information No.32 超音波溶着,Branson•
プラスチックデータブック，伊藤公正編

微細放電加工の微細モールド金型への応用（第１報）
Application of Scanninng-EDM to Fine Mold
生産技術部 本田和夫、藤井正沸、渡部一博
材料技術部 伊藤嘉亮、渡部 修
本研究では、0.1ｍｍの銅パイプ電極を用いた創成放電加工によりキャビティを加工した
トランスファーモールドを模した実験型を試作し、成形実験を行い微細放電加工の微細モールド金型への適応可能性について検討した。さらに微細化を目指し、直径φ40μｍ以下の電極走査によるポケット加工を行った。また、被加工材質による加工面性状の違いについて調査した。
その結果、微細放電加が微細モールド金型に適応可能であり、面粗さの向上と底面うねり等の課題を解決することにより、さらに微細なモールド金型を製作できる可能性を得た。
Key words:微細放電加工、創成放電加工、微細モールド、トランスファーモールド、WEDG

１.緒言
部品の小型化は、特に、電子機器において顕著であるが、近年稼動部品についても医療機器を中心に急速な小型化が求められている。能動カテーテルや脳血管手術用のマイクロクリップなどでは、半導体プロセス
や放電加工の利用により数十μm サイズのものも出現している。これらのマイクロ部品は、ほとんどがバル
ク材のエッチングや電鋳などにより少数生産されているため高コストとなり、それにより製品自体の高価格化を招いている。部品自体において、強度的に樹脂材でも十分なものが多く、射出成型等による量産が望まれている部品も少なくない。また、量産に向けた金型の製作は、加工サイズが小さく機械加工が適応できな
いため、LIGA （Lithograph Galvanforming und
Abformung）やワイヤ放電加工を用いるのが一般的であるが、LIGA の場合放射光を取り出すための特殊な設備が必要であり、ワイヤ放電加工では抜き加工しか行えないため金型の構造が複雑になるなどの問題があり、中小企業への普及が進んでいないのが現状である。
これらの問題を克服する方法のひとつとして片側支持した微細電極を走査する創成放電加工法１）２）３）に注
目し、平成８年よりそれらの微細加工への応用の研究を行ってきた４）。微細放電加工では、片側支持のため
ワイヤ放電では不可能な底面加工が可能である、電極を数μmサイズまで小さくできるため10μm以下の加工が可能である等の利点を持ち、微細部の加工には最適な加工法のひとつであるが、比較的新しい加工法であり条件設定も難しいため一般にはなかなか普及していなかった加工法である。
本研究では、これまでの研究により確立した加工法
および条件により微細モールド金型を試作し、微細な樹脂成形品の成形を行うことにより微細モールド金型製造技術の確立を目標としている。
今年度は、トランスファーモールドを模した実験型を試作して成形を行い、微細モールド金型への適応可能性について検討し、微細モールドの問題点を抽出した。次に、さらなる微細化のために直径φ40μｍ以下の極微細電極の走査による形状加工、鋼材以外の材質の加工性について実験した。

２.実験
２．１．微細モールド実験金型の試作
実験型の構造は、図１に示すようにトランスファー
モールド金型を模した単純な構造とした。キャビティ
は微細モールドにおける問題点を把握するため、モジュール 0.1、歯数 8、転位係数 0.4、歯先円直径 1.08ｍ
ｍの微細ギアとした。
キャビティ、ランナー及びゲートの加工は、三菱電機（株）製 創成放電加工機ＥＤＳＣＡＮ８により外径φ0.1ｍｍ内径φ0.05ｍｍの銅パイプ電極を用いて行った。キャビティの加工条件は、以前の研究４）より表
１に示す条件とした。
荷重

樹脂

プランジャ

シリンダブロック
スプループレート
キャビティブロック

成形品
シリンダ内径 ：φ6.0ｍｍ
スプルー小径側：φ0.3ｍｍ

図１．実験型の構造

表１．キャビティ加工条件
放電電源回路開放電圧
コンデンサ容量
Z 勾配
1 層加工厚さ

形状仕上加工RC 放電回路
110V
510ｐF
10μｍ／1μｍ
2.3μｍ

底面仕上加工RC 放電回路
110V
510ｐF
5μｍ／1μｍ
1μｍ

表２．電極成形条件
開放電圧
コンデンサ容量

加工速度
早送り速度

荒加工

中仕上

仕上

100V
3300ｐF2μm／sec
50μm／sec

100V
10ｐF
2μm／sec
50μm／sec

70V
10ｐF
1μm／sec
50μm／sec

表３．ポケット加工実験条件

２．２．成形実験
設 定 条 件
開放電圧
図２に成形実験の流れを示す。試作した金型をボル
70V
コンデンサ容量
10ｐF
トナットで締結し、シリンダ内にポリアセタール樹脂
加工速度
XY： 3μｍ／sec Z：1μm／sec
ペレットを投入後プランジャを挿入した状態で、温風
早送り速度
XY：50μｍ／sec Z：5μm／sec
循環型恒温槽により 220℃で 30 分間加熱した。その直電極走査間隔φ40μm：15、20、25、30、35 [μｍ]後にプランジャを手動式油圧プレスで147MPa に加圧し、φ20μm：7.5、10、12.5、15、17.5 [μｍ]圧力を保持したまま 5 分間冷却した。油圧プレスによ加工形状
120μm×120μm 矩形
る荷重を除いてさらに 10 分間冷却し、金型表面温度が
加工深さ
1μm×10 層
約 40℃になったところで、先にスプループレートとキャビティブロック間、次にスプループレートとシリン
２．４．Ni への微細放電加工
ダブロック間で金型を開き成形品を取出した。
鋼材以外の加工性について、電気鋳造やメッキでモールド金型に多く使われている Ni を取り上げてポケット加工実験を行った。加工条件については SKD11と同様とした。

金型キャビティの加工
樹脂の投入

３.実験結果と考察

成形品取出し加熱後荷重

図２．成形実験の流れ

２．３．極微細棒電極によるポケット加工
松下電器産業（株）製 超微細放電加工機 MG−ED
８２W を用い、直径φ40μｍ以下の電極によるポケッ
ト加工実験を行った。直径φ0.12ｍｍのタングステン
ワイヤを WEDG（Wire Erectro-discharge Grinding：
ワイヤ放電研削）法により、直径φ40μｍ、φ20μｍ、長さ 200μｍに成形した。調質した SKD11 に対し XY
方向に電極を走査して１層加工したあと、Z（深さ）方向に１μｍづつ電極を送ることを繰り返すことによって四角ポケット加工を行った。表２に電極成形条件、
表３に実験条件を示す。

３．１．微細モールド実験金型の試作
図３に試作した２個取り用金型を示す。
ランナー部とギア部は深さ 0.5ｍｍとし、ゲート形状は 0.2ｍｍ×0.2ｍｍとした。１個取り用では、直径φ0.3ｍｍのスプル
ー小径側をピンゲートとして直接キャビティに充填する構造とした。
ギアのキャビティ１個に11時間30分、ゲート１個に 1 時間 17 分、ランナーに 7 時間 50 分を要し、総実加工時間は 33 時間 24 分であった。底面の角R は30μｍ程度でレーザー顕微鏡による表面粗さは3.0μｍRy 前後であった。

図３．試作した２個取り用金型

３．２．成形実験
図４に１個取り金型キャビティと得られた成形品を

図６．①矩形ポケット②加工後の電極る時間はいずれも 14 分 30 秒であった。図５に成形した直径φ20μｍの電極示す。
図６①に、直径φ20μｍ電極で SKD11 に加工した
120μｍ×120μｍ深さ 10μｍの四角ポケット、図６②に加工後の電極を示す。現在までに、直径φ20μｍ電極によるポケット加工が可能となっているが、電極底面が均等に消耗しないため加工後の底面に 3μｍ程度のうねりができるという問題が残っている。今後、電極走査法を含めた加工条件の最適化が必要である。
図４．① 上：金型キャビティと成形品② 下：成形品拡大写真

３．４． Ni への微細放電加工
図７①は SKD11、図７②は Ni の加工後の原子間力顕微鏡（AFM）による立体像である。加工に要する時間は両者とも 34 分前後とほぼ同等であった。AFM による微視的な加工面粗さは、SKD11 が 0.23μｍRy、Ni が0.32μｍRy でありNi が悪い結果となった。
また、両者とも加工面にマイクロクラックが観察された。マイクロクラックの数は SKD11 より Ni の方が多く、図８に示すようにクラックの形状は SKD11 がシャープ
で深く、Ni は丸みを帯びて浅い状態であった。

図５．成形したφ20μｍ電極示す。樹脂が歯先まで充填されており、表面は放電加工痕による凹凸まで忠実に転写している。ただし、離型性に問題があり②では歯先部分が金型に食い取られている部分が確認できる。また、２個取り用金型ではランナーは取出すことができたが、製品部が取出せなかった。表面粗さを向上し離型性を改善する必要があ
るが、単発放電エネルギーの低減と表面改質などにより対策可能と考えている。
これらのことから、
微細放電加工により微細モールド金型の製作は十分可能であり、さらに微細な成形品の実現も可能であると思われる。
３．３．極微細棒電極によるポケット加工
直径φ125μｍのタングステンワイヤーを直径φ40μｍ、φ20μｍ、有効長 200μｍに成形するのに要す① SKD11② Ni

図７．加工後の AFM 立体像（１辺 30μｍ）① SKD11② Ni

図８．加工面のマイクロクラック（１辺 3μｍ）

微細な金型キャビティは２次加工による加工面性状の改善が非常に困難であるため、微細放電加工のみで仕上げることが望ましい。今後は、さらに材質と加工条件による加工面性状について調査し、最適な材質と加工条件を求める。

４.結言
これまでの研究で、微細放電加工によりトランスファーモールド金型を模した微細金型を試作し、モジュール 0.1 歯先円直径約１ｍｍの微細樹脂成形品を得ることができた。ワイヤ放電加工などこれまでの加工法と比較して単純な構造で微細モールド金型を製作できることを確認した。しかし、さらに微細化を目指すた
めには、表面粗さ改善による離型性の向上、底面と壁面の角 R の低減、φ40μｍ以下の電極による加工時の底面平坦度向上などの課題が残された。
今後は、これらを解決し金型構造についても再検討し、最終的には樹脂モールドによる断面形状が 50μｍ
×50μｍの光導波路や 500μｍ以下のメカ部品などの
微細モールド金型と成形品の試作を目指す。
参考文献
1） 土屋、金子、菅野： 円筒電極による三次元制御
放電加工（第 2 報）−電極消耗長さ自動計測・補正による平面加工− 、電気加工学会誌、Vol.17、No.34、pp.1-12、1984
2） 余、増沢、藤野： 単純成形電極による三次元微細放電加工（第 1 報） 、電気加工学会誌、Vol.31、No.66、pp.18-24、1997
3） 湯沢、真柄、後藤、今井、佐藤、千代： 小径電極による微細輪郭放電加工 、電気加工技術、
Vol.19、No.63、pp.1-6、1995
4） 本田、渡部： 創成放電加工による微細形状加工の研究 、平成 10 年度福島県ハイテクプラザ試験
研究報告、pp.47-50、1999

ＣＢＮホイールのドレッシング条件と研削性能
Relation between Dressing Conditions of
CBN wheels and Grinding Characteristics

生産技術部 渡辺正幸 冨田道男
カップツルア(等速)法、ブレーキドレッサ法、ロータリドレッサ法、スティック砥石法でドレッシング
したビトリファイドＣＢＮホイールを工具として、ワークをプランジ研削し、それぞれの場合について、ワークの表面粗さ・残留応力、研削抵抗を測定するとともにホイール作業面の砥粒を観察し次の結果を得た。
1）ワークの表面粗さは、一般砥石、角柱ダイヤモンドの両者ともに、周速比の増加に従って、減少する傾向を示した。また、ドレッサの硬度の比較では、硬度が高い角柱ダイヤモンドは、粗さが小さく、低い
一般砥石は、粗くなった。
2）ホイール面の観察から、カップツルア(等速)法によるホイール作業面は、砥粒先端が尖っており、その他の方式によるホイール作業面は、砥粒先端に平坦部が観察された。
3）他のドレッシング方法に比較して、カップツルア(等速)法の研削抵抗は小さな値を示した。
4）ワーク表面の残留応力は、４種類のドレッシング方法ともに圧縮応力となり、その値はほぼ同じ値となった。
Key words:ＣＢＮホイール、ドレッシング、ロータリドレッサ、カップツルア、ブレーキドレッサ

１. 緒言
専用機の開発や自動化、無人化指向に伴い、超砥粒ホイールが盛んに使用される様になってきた。
中でも鉄鋼材料の研削に使用されるＣＢＮホイー(a)カップツルア(等速)法(以下「カップ」とする)(b)ブレーキドレッサ法(〃「ブレーキ」〃)(c)角柱ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ ﾛｰﾀﾘﾄﾞﾚｯｻ法(〃「ロータリ」〃)(d)スティック砥石法(〃「スティック」〃)

ルの増加は著しく、特に、有気孔タイプのビトリフ
ァイドＣＢＮホイールは、切れ味に優れツルーイン
グ・ドレッシングが比較的容易なことから、使用量はレジノイドＣＢＮホイールを追い越すまでに増加してきた。
しかしながら、ビトリファイドＣＢＮホイールもレジノイドＣＢＮホイールと同様に、研削性能はドレッシング条件に大きく左右され、いかに最適なドレッシング条件を選択するかが、その研削性能を充分に発揮させるための重要なポイントになっている。
そのため、砥粒砥石を機械加工する方法、遊離砥粒を使用する方法、電気・化学エネルギ（放電・電解・腐食）を利用する方法など、様々なドレッシン
グ方法が提案され研究されている。これらの中から研削目的に応じた適正なドレッシング法を選択するには、それぞれの性能を統一的に評価しておくことが必要である。そこで本報告では、実用化率の高い「砥粒砥石を機械加工する方法」でビトリファイド
ＣＢＮホイールをドレッシングし、合金鋼のワークを同一条件で研削実験することにより、ワークの表

図１.

４種類のドレッシング方法

面粗さ・残留応力、研削抵抗を測定するとともにホイール面の変化を観察し、ドレッシング方法と研削(a)「カップ」は、研削砥石の側面を利用し、ドレ性能との相関性を追求した結果について報告する。

ス砥石側面の任意の直径部と超砥粒ホイールの周速度を同じにし、かつダウンカットでドレッシングを

２. ４種類のドレッシング方法
以下に示すドレッシング方法を採用した。

行う。等速条件にすることで、ツルーイング比の高い高能率なツルーイング・ドレッシングが行われる。
(b)「ブレーキ」は、一般砥石を取り付けたブレー

キドレッサシング装置を研削盤のテーブル面上に固測定項目は表３の４項目とした。

定し、回転している超砥粒ホイールに砥石を接触させる。接触により砥石がつれ回りを始めるが、ドレッシング装置内にはブレーキ機構が設けられており、このブレーキ機構によって砥石の回転は、超砥粒ホ
イールと比較して低い一定の値に保持される。
このように、この方法は超砥粒ホイールを研削盤
図２に取り付けた状態で、能率よくツルーイング・ドレ

研削実験

ッシングできるというメリットがあるため、もっとも手軽に用いられている。
(c)「 ロータリ」は、角柱ダイヤモンドを等間隔に埋め込んだドレッサホイールで、超砥粒ホイールを研削し、ツルーイング・ドレッシングを自動的に行うものである。ダイヤモンドが磨耗しても、同一のドレッシング性能が得られる。
表２ 研削条件

今回、正転、逆転が可能で、回転速度を変更できるようにドレッサ回転装置を改造し、表１記載の５

研削装置

平面研削盤(長島精工NAS420CNC)

種類の周速比で、ホイールをドレッシングした。

研削方式

プランジ研削(d)「スティック」は、バイスを用いてＧＣ砥石をホイール

CB100M100VNIE(φ255×10×φ50.8)

テーブル面上に固定し、超砥粒ホイールで研削するワーク

SCM435(HRC48)140L×80W×40H

ことによってホイールをドレッシングした。

研削液

ｿﾘｭｰﾌﾞﾙﾀｲﾌﾟ(ﾉﾘﾀｹSA‑02)×50培希釈

その他のドレッシング方法として、単石・多石ダ

研削速度

30m/s

イヤモンドドレッサを用いる方法は、超砥粒ホイー

ﾃｰﾌﾞﾙ速度0.295m/s

ルのドレッシングにはあまり使用されないこと、放切込量10μm(Up cut)

電加工・電解加工を利用する方法は、特殊な装置と総切込量

140(ワーク長さ)×2(切込)×8回

電源が必要とされることから、今回のドレッシング
方式から除外した。

表３ 測定項目ドレッサ砥石とドレッシング条件を表１に示す。

測定項目

測定装置

4.1 ﾎｲｰﾙ作業面観察

３. 研削実験

4.2 粗さ測定

ドレッシング後、砥粒切れ刃を確認するため、倒立顕微鏡でホイール表面を観察した後に研削実験を行った。(図２)

研削実験の条件を表２に示す。

培養倒立顕微鏡(ﾆｺﾝTMS)
表面粗さ測定機(東京精密575A)

4.3 研削抵抗の測定

圧電式動力計(日本ｷｽﾗｰ9257B)

4.4 残留応力の測定

Ｘ線応力測定装置(理学電機PSPC)

４. 実験結果
表１ ドレッサの砥石とドレッシング条件
ドレッシング方法「カップ」「ブレーキ」

ドレッシング条件

ﾄﾞﾚｯｻの砥石と寸法

ホイールとドレッサの周速度が同じで、同方向 GC60H7V
総切込み量：300μm、1回の切込み量：10μm

φ125×25.4×φ76

総切込み量：600μm、1回の切込み量：10μm

C60M7V WA100H8V
WA60K7V(φ75×12.7×φ25「ロータリ」

周速比（ﾄﾞﾚｯｻ周速度/ﾎｲｰﾙ周速度）

ﾄﾞﾚｯｻﾎｲｰﾙ外周上(φ85)

Up cut 1、Down cut ‑1.1、‑0.9、‑0.7、‑0.4に、144ケ の角柱ﾀﾞｲﾔ

総切込み量：60μm、1回の切込み量：2μm(0.8×0.8×2m m)を等間隔に埋め込み「スティック」

総切込み量：1mm、1回の切込み量：10μm

C60M7V・13×30×70

４.１ホイール作業面の観察

図５に４種類のドレッシング方法と表面粗さの関係

図３、４に、それぞれ、「カップ」、「ブレーキ」

を、図６に「ロータリ」の周速比を変えたときのワーでドレッシングした直後のホイール作業面の顕微鏡写

ク表面粗さを示す。横軸の累積研削量は、ワークの研真を示す。「カップ」のホイール作業面は、砥粒先端が尖っていて凹凸が大きく、多数の切れ刃が生成され削除去体積をホイール幅で除した値である。
「カップ」のワークの表面粗さは、ドレッシング直後ているが、「カップ」以外のホイール作業面は砥粒先から累積研削量 560mm３/mmまで変化するが、それ以降は端に平坦部が見られた。

ほぼ安定する。その他の方法はドレッシング直後から安定する。
表面粗さは、「カップ」・「ブレーキ」の順に粗く、「ロータリ」と「スティック」は小さな値となった。

Down-1.10.6

表面粗さ（Ra)0.5
0.4

図３．ホイール作業面の顕微鏡写真「ｶｯﾌﾟ」

Down-0.9

0.3

Down-0.7

0.2

Down-0.4

0.1
0

Up 1

1000
2000
3
累積研削量（ｍｍ /ｍｍ）
図６．「ﾛｰﾀﾘ」による表面粗さ

周速比の異なる「ロータリ」の実験では、ドレッシン
グ直後の表面粗さは、周速比が低いほど(Down‑1.1,‑0.9)
粗く、高いほど(Down‑0.4,Up1)小さな値となった。また、
周速比が Down‑0.9,‑0.7,‑0.4の表面粗さは、累積研削量
図４．ホイール作業面の顕微鏡写真「ﾌﾞﾚｰｷ」

ワークの表面粗さ

1.2

1

ｶｯﾌﾟﾂﾙｱ (等速 GC60)

ﾌﾞﾚｰｷﾄﾞﾚｯｻ（ WA100)

0.5ﾌﾞﾚｰｷﾄﾞﾚｯｻ (C60)
ﾛｰﾀﾘﾄﾞﾚｯｻ (Down-0.9)
ｽﾃｨｯｸ砥石（ C60)

0
0

1000
2000
3
累積研削量（ｍｍ /ｍｍ）

表面粗さRa (μｍ)

1
表面粗さRa（μｍ )４.２

1,680mm３/mm以上で、0.33(Ra)に収束する傾向となった。

ｶｯﾌﾟﾂﾙｱ（等速GC60)

0.8ﾌﾞﾚｰｷﾄﾞﾚｯｻ（C60)
0.6
0.4
0.2

ﾛｰﾀﾘｰﾄﾞﾚｯｻ(角柱ﾀﾞｲﾔ)ｽﾃｨｯｸ砥石
（C60)

01-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0
周速比（ﾄﾞﾚｯｻ周速度／ﾎｲｰﾙ周速度）

図５．累積研削量と表面粗さ
図７．周速比と表面粗さ

「カップ」、「ブレーキ」、「スティック」の周速0の３種類のドレッシング方法と「ロータリ」について、
３

横軸を周速比、縦軸を表面粗さ(累積研削量560mm /mm)として、図７にまとめた。

一般砥石、角柱ダイヤモンドともに、周速比の増加

接線方向
ﾛｰﾀﾘﾄﾞﾚｯｻ

-200

UP 1

ｶｯﾌﾟ
ﾂﾙｱ

-400 D-1.1 0.9 0.7 0.4

に従って、表面粗さは減少する傾向を示す。
４.３

ﾜｰｸ表面の残留応力（MPa）

比は、それぞれ −1、−0.12(実測値)、0である。 こ

研削抵抗

ホイールの切れ味は、ホイール作業面の性状に依存し、研削抵抗によって評価される。一般的には、研削時の研削抵抗が小さい程ホイールの切れ味が良いと言われる。そこで、ここではワ−クを研削した時の研削

-600

UP 1

ﾌﾞﾚｰｷ

D-1.1 0.9 0.7 0.4

-800

法線方向

抵抗について考察し、ドレッシングの良否を判定することとした。
ワークを圧電式動力計に固定してプランジ研削を行い、-1000
0
各種ﾄﾞﾚｯｼﾝｸﾞ法

法線方向、接線方向の研削抵抗を測定した。図８に法線
図９．ワーク表面の残留応力方向の研削抵抗を示す。
「カップ」の研削抵抗は、ドレッシング直後から安定して小さな値でありホイール切れ味が優れている。その他の方式は、ドレッシング直後から累積研削量 300ｍｍ３

５．まとめ/ｍｍまで急減し、それ以降は安定しているが「カップ」

1）ワークの表面粗さは、一般砥石、角柱ダイヤモンド

より高い値となった。

（Ｎ）の両者とも、周速比の増加に従って、減少する傾向を
300

ロータリドレッサ（

Down-0.9 ）ロータリドレッサ（

Up1 ）カップツルア（等速GC60 ）

ブレーキツルアＣ砥粒
ブレーキツルアＷＡ砥粒

法線研削抵抗Ｃ砥粒平面固定示した。また、ドレッサの硬度の比較では、硬度が高い角柱ダイヤモンドは、粗さが小さく、低い一般砥石
は、粗くなった。
2）ホイール面の観察から、「カップ」によるホイール

200

作業面は、砥粒先端が尖っており、その他の方式によるホイール作業面は、砥粒先端に平坦部が観察された。
3）他のドレッシング方法に比較して、「カップ」の研
削抵抗は小さな値を示した。

1004）ワーク表面の残留応力は、４種類のドレッシング方
法ともに圧縮応力となり、その値はほぼ同じ値を示し
0

0

1000
累積研削量

2000

た。

（mm 3 /mm ）参考文献
図８．累積研削量と研削抵抗

1）横川和彦，横川宗彦：CBNﾎｲｰﾙ研削加工技術，工業調査会，(1988)62.

４.４

ワーク表面の残留応力

研削表面に存在する残留応力の大きさは、機械部品

2）海野邦昭：CBN･ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞﾎｲｰﾙの使い方，工業調査会，(1991)の疲労強度など破壊強度に影響するのできわめて重要

3）ﾋﾞﾄﾘﾌｧｲﾄﾞCBNﾎｲｰﾙのﾄﾞﾚｯｼﾝｸﾞ条件と研削性能，ﾉﾘﾀである。

ｹ技報，(1992)

図９にワーク表面の残留応力を示す。

4）東江真一他：CBNﾎｲｰﾙの総形成生に関する研究，砥

ワーク表面の残留応力は、各種ドレッシング方式と粒加工学会誌,43,10,(1999)452

もに圧縮応力でその値はほぼ同じとなった。
このことは、ワーク表面の残留応力がホイールの切れ味の良否にあまり影響されないことを示している。

5）二ノ宮進一他：EFﾄﾞﾚｯｼﾝｸﾞ法によるﾚｼﾞﾉｲﾄﾞCBNﾎｲｰ
ﾙのﾂﾙｰｲﾝｸﾞに関する研究，砥粒加工学会誌,43,11,(1999)500新素材の可縫性に関する研究
Study of sewability for present fablics
福島技術支援センター

三浦文明

野村

隆

東瀬

慎

前年度までの新素材の可縫性に関する研究を踏まえ、近年縫製欠点として問題が多発してきている
新素材のシームパッカリング現象について、工業用ミシンの縫糸をその可縫性能の観点からＫＥＳ的手法を用いて解析を行った。
その結果、新素材のシームパッカリング現象を縫糸の荷重−伸長回復ヒステリシス曲線から解析できるようになり、新素材と縫糸に対する可縫性の評価法を確立することが可能となった。
keyword：可縫性、シームパッカリング、ＫＥＳ、荷重−伸長回復ヒステリシス曲線

１．緒言

２．試験方法

新世代ウールや新合繊、ストレッチ素材等、所謂「新素材」といわれる繊維素材の可縫性に関する研究は、前年度までの研究に於いて、ほぼその解析手法を確立することができた。それは、生地の基本特性値を把握するために、風合いの客観的評価法として開発されたＫＥＳ法（引張特性、剪断特性、曲げ特性、目付等）と、縫製工程におけるプレス収縮を再現するために開発された１０３Ａプレス収縮試験
法（プレス直後、放置後、加湿直後の収縮率及び脱水率）を用いて生地の性質を数値化し、その生地を使用した場合に生産ライン上で起こる様々な現象やその製品の仕上がり具合との関連性を統計的手法によって解析することにより、製品の仕立て映えの予
測や縫製欠点の予測を可能とするものである。
本年度は以上の研究を踏まえ、近年縫製欠点として問題の多くなってきた新素材のシームパッカリン
グ（Seam puckering： 縫い皺、縫いずれ）現象について、縫製工場で使用されている工業用ミシンの縫糸を可縫性能の観点からその評価法を検討し（図１）、上記ＫＥＳ的手法に基づき試験解析を行った。

定速伸長型引張試験機による、縫糸の荷重−伸長回復試験プログラム作成にあたっての条件は次のとおりである。
・使用機器： AGS-10KNG ㈱島津製作所
・使用ソフトウェア：SHIKIBU Ver3.10C
コントロールソフト ㈱島津製作所
・試験条件： JIS L1013 L1095 L2511 準 拠
縫糸長（標点距離） 250.0mm
引張及び回復速度
125.0mm/min
初期荷重 0.1N
最大荷重 2N， 4N
・環境条件：温度 20 ℃
湿度 65 ％ RH

従来の縫糸の可縫性能評価

以上条件により、各縫製工場で現在使用中のポリエステル素材の縫糸を中心に、約１００サンプルを試験し、それぞれに最大荷重２Ｎと４Ｎの２本の荷重−伸長回復のヒステリシス曲線を得た。

ＫＥＳ的手法による可縫性能評価

耐疲労性
耐熱性
繊維収束性
平滑性
撚りセット性
引張強度

生地の特性値データ＋
縫糸の力学的性質の把握
荷重−伸長回復ヒステリシス曲線データ(初期及び２Ｎ付近の弾性率、伸長回復率)

図１

縫糸の可縫性能評価法

表１

シームパッカリングの発生に作用する要因

荷
重

要

因

要

因

細

目

上糸張力、下糸張力
糸調子

糸取りバネ強さ、糸取りバネ作動量

ミ

針と送りのタイミング（カマのタイミング）

シ

送り型式（ミシンの機構）

ン

送り機構

の
機

送りのタイミング
針板及び針針板の形、針穴寸法

押さえ機構

押さえ金の種類、押さえ金の形、押さえ金圧力

構
的

送り歯形状、送り歯高さ、送り歯取付位置

伸度

針の番手、針先の形状、針の仕上げ法

図２

要

摩擦係数（押さえ金の滑り、布×押さえ金）

因

ミシンの機種（縫い目型式、送り型式）

荷

回転数（縫い速度）

重その他

ﾎﾟﾘｴｽﾃﾙｽﾊﾟﾝ糸の荷重−伸長回復曲線

使用アタッチメントの形状、針目数、その他
厚さ、組織、繊維の種類、糸の密度と太さ
素

布の性状

カバーファクター、テクスチャー

材

柔軟性、伸縮性、伸長弾性、圧縮性、圧縮弾性

的平滑性（摩擦係数）、収縮性（寸法安定性）

要
因

ミシン糸の

繊維の種類、太さ、撚り構造、仕上げ法、毛羽性状

伸縮性、伸長弾性、ヤング率、平滑性（摩擦係数）（縫い糸）

収縮性（寸法安定性）、曲げ剛性

付属品性状

裏地、芯地、ファスナー、テープ

縫製造方式、生産性、縫い目型式（ミシンの種類）

伸度

図３

製

縫製に関する

回転数（縫速度）、縫製箇所、縫合わせ型式

技

条件

重ね合わせ枚数、縫い方向、糸張力の調整

荷術

オイリング、アイロン、プレス

重的

縫製素材の選択、針の選択、針目数の選択

要因

ﾎﾟﾘｴｽﾃﾙﾌｨﾗﾒﾝﾄ糸の荷重−伸長回復曲線

アタッチメントの選択
作業者に関す

熟練度、縫製やアイロンかけの手の操作る条件

ミシンの加減速度「新合繊の複合化とミシン」より

伸度

図４
表２

ナイロン特殊糸の荷重−伸長回復曲線

ポリエステル縫糸の品種番号と原糸繊度と合糸数
ＪＩＳ

品種番号
＃８０
＃６０
＃５０
＃４０
＃３０
＃２０

ポリエステル紡績（スパン）糸
原糸番手('S) 合糸数
引張強さ(N)
８０
３
６．４
６０
３
８．９
５０
３
１０．９
４０
３
１３．７
３０
３
１８．８
２０
３
２９．９

Ｌ２５１１抜粋

ポリエステルフィラメント糸
原糸(D)
合糸数
引張強さ(N)
４０
３
５．７
５０
３
７．１
７０
３
１０．０
１００
３
１４．２
１５０
３
２１．２
２２０
３
２８．３

３．試験結果と考察
従来、縫糸の可縫性能はミシン天びん運動により受ける耐疲労性、ミシン針との接触摩擦による耐熱性や繊維収束性、針穴や天びん穴・かまなどを通過する際の平滑性等の観点から論じられている場合が多く、縫糸の性質や性能といった観点から実用的データとは言い難いものであった。また、シームパッ
カッカリングの発生に作用する特性要因は表１のよ
うに、ミシンの機構的要因や素材的要因、そして縫製技術的要因が因果関係的に絡み合っている上、さらに新素材の開発が条件の複雑化を助長してきているといえる。
以上のことから各種縫糸に対して試験を行った結果、縫糸は繊維の種類や色によってそのロット数が非常に多く、品種番号（表２参照）が同じであっても、各製造メーカー間で荷重−伸長回復曲線の弾性率や伸度及び回復率に違いが見られた。これは、縫糸の製造工程における各メーカーの加工方法の違いによるものと考えられる。従って、従来の可縫性能評価法による縫糸品種番号を目安とした縫糸の選択
では、新素材に対してシームパッカリングなどの問題が発生しやすくなることが理解できた。
図２，図３は各縫製工場でよく用いられているメーカーのポリエステル紡績（スパン）糸とポリエス
テルフィラメント糸に対する荷重−伸長回復曲線結果である。＃６０で比較してみると、スパン糸は曲線が紡錘形であり、伸長荷重が２Ｎ付近では弾性率の急激な変化はあまりない。また、回復曲線からその残留歪みが小さく、一般的にＫＥＳによる特性値に問題のない素材に対しては理想的といえる。しかし、最近の風合いが柔らかく軽い新素材生地（目付
量でおおよそ２００ｇ／ｍ ２ 以下）に対してこの縫糸はパッカリングを発生させてしまう。これは、縫糸によって与えられた歪みをその生地が完全に吸収することができずに起きてしまう現象であると考えられる。それに対して、＃６０のフィラメント糸は、その曲線から初期弾性率（ヤング率）が高く、２Ｎ付近で弾性率が急激に減少する傾向があり、残留歪みもスパン糸より大きくパッカリングを生じにくい。これは、スパン糸が主に繊維間の摩擦力によって糸を形成しているのに対し、フィラメント糸は糸を構成している繊維素材そのものの性質が、力学的性質に大きく影響してきていると考えられる。つまり、２Ｎ付近の弾性率の低下と適度な残留歪みは、フィラメント糸特有の粘弾的性質に依存するもので、その結果として縫製時に与えられる歪みを吸収しパッカリングを発生させないものと考えられる。
また、ストレッチ素材のような生地に対しては、
図４に示すナイロンの特殊縫糸が有効と考えられる。つまり、伸縮性のある生地に対しては力学的に十分に追従できるような縫糸でなければ、パッカリン
グが生じてしまうことが容易に考えられる。

４．結言
荷重−伸長回復試験は縫製時に縫糸にかかる張力と同じ荷重で試験するのが理想であるが、実際的には数多くのファクターが関係しておりその測定は困難である。また、縫製時には瞬間的に張力がかかり、今回の試験のように静的試験時の挙動とは必ずしも一致しないかもしれない。しかしながら、縫糸の荷重−伸長回復特性と生地のシームパッカリングの発生現象とは大きな相関があり、生地の基本特性値と使用する縫糸の力学的性質を把握することにより、縫製欠点を予測することが可能となった。このことにより、新素材の縫製時のトラブルと縫製能率の低下を回避できる可縫性の評価システムを確立することができた。
参考文献
１）平成８〜１０年度福島県ハイテクプラザ試験研
究報告書「新素材の可縫性の研究」
２）植村正治：「質の高い洋服作りのための提案」
平成９年度縫製工学中期技術者研修資料
３）宮越正雄：「新合繊の複合化とミシン」
平成９年度縫製工学中期技術者研修資料
４）縫製事典：p137-161,p629-644,p777-779
５）ＪＩＳハンドブック繊維：JIS L2511 ,1996

県産農作物の品質特性の把握と加工適正に関する研究−硫黄無燻蒸による「あんぽ柿」の製造−
Understanding the quality characteristics of Fukushima
prefectural crops and the research on proper food processing-Production of dried persimmons Anpo-gaki
会津若松技術支援センター
河 野 圭 助without sulfur齋 藤 裕 子

あんぽ柿の製造工程では、黒変防止と殺菌作用による黴発生防止を目的として硫黄燻蒸処理が必要不可欠な技術となっているが、硫黄の代替え資材として、亜硫酸残留の全く無い Vitamine Ｃ（Ｌ‑Ascorbic acid）浸漬と噴霧併用による柿の黒変防止を行った。その結果、***

Vitamine Ｃ は柿の黒変防止に効果があり、dL 、da 、db の測定値から Vitamine Ｃの濃度を０.３％ 以上の溶液へ浸漬することにより黒変防止の効果があった。また、低温除湿乾燥法により Vitamine Ｃ溶液への浸漬または噴霧を行った結果、硫黄燻蒸処理に比較し、a*が高く赤味を帯びた色調となった。更に製造工程で定期的に Vitamine Ｃを噴霧したあんぽ*

柿は常温１ヶ月保存後の色調もL が高く、明度が保たれた。
Key

words：柿、Vitamine Ｃ、タンニン、硫黄燻蒸、乾燥、色調

１．緒言
あんぽ柿は、本県の特産品として県北地方を中心に古くから生産されており、平成１０年度の生産量
は２，０４０tで、あんぽ柿としては全国一位の生産量がある。その製法は現在、硫黄燻蒸法が行われている。この硫黄燻蒸の目的は硫黄を燃焼させることにより、発生した亜硫酸ガスは柿の水分に溶け亜硫酸水となり、酸化酵素を不活性化し、あんぽ柿の黒変防止と保存性向上の効果がある。 しかし、硫黄による燻蒸法は肝臓疾患やビタミンＢ １ の欠乏な
ど引き起こす恐れがあり、生産者や消費者の健康を害する心配がある。また、最近の自然環境に対する配慮や食品の安全性に対するニーズが高まる中で、健康食品としてのイメージが強いあんぽ柿にとって出来れば硫黄を使用しないことが望ましい。
そこで本研究では、柿の黒変のメカニズムを解明し、現在生産されているあんぽ柿と外観、品質に遜
色なく、亜硫酸残留が全くない、安全性の高い「あんぽ柿 」の製造技術を確立することを目的に検討し 、その結果を報告する。

２．実験方法
２．１．供試柿
柿はＪＡ伊達果実とＪＡ高田で選果、選別した19
99年産「蜂屋柿」と「会津身不知柿」を用いた。
２．２．VitamineＣ浸漬処理
Vitamine Ｃ（以下Ｖ･Ｃと略）濃度差による柿の色調試験では、剥皮した柿を0から0.5％まで0.1％間隔のＶ･Ｃ溶液に30分間浸漬後、常温（30℃）と低温（ 15℃ ）に放置し 、色調変化を測定した 。また 、柿の乾燥試験では0.3％Ｖ･Ｃ溶液に30分間浸漬後、乾燥を実施した。
２．３．VitamineＣ噴霧処理
低温除湿乾燥試験区については、剥皮した柿を乾燥庫内に吊し、定期的に１日に１時間、0.3％Ｖ･Ｃ
溶液30ml を噴霧処理を実施した。
なお、噴霧方法はＶ･Ｃの分解を考慮し、熱発生が無い超音波噴霧方式の噴霧器を用いた。
２．４．硫黄燻蒸処理
密封庫に剥皮した柿を横吊りし 、硫黄を30ｇ/m3、30分間燃焼させた。燻蒸処理後、余剰硫黄を放散させるため、約１時間庫内を開放した後、乾燥試験を実施した。
２．５．乾燥方法
乾燥は低温除湿乾燥方式を採用し、比較するため
自然乾燥の７試験区を設けた（表１ ）。なお、自然
乾燥とＶ･Ｃ噴霧の併用試験については作業工程上 、無理であるため、試験区からは省いた。
２．６．最終乾燥歩留まり各乾燥試験区について 、検体１０個の重量を測定 、その歩留まり平均値が約３７〜３３％（市販あんぽ
柿の歩留まり）に達したところで乾燥終了とした。
２．７．分析項目
①色調
柿果実の表面色は、測色色差計（ ZE2000 -日本電色工業 KK）で測り、Ｌ *、ａ *、ｂ *表色系により表した。

加藤らの方法 １）に従い、 Folin-Denis 法によってカテキンとして算出した。

② Vitamine Ｃ
ＤＮＰ法で測定した。
③タンニン

表１．乾燥試験区
試験区 乾燥方法
１
自然乾燥 未
〃
〃
低温除湿

５
６
７

〃
〃
〃

理

３．実験結果３．１．供試生柿の成分
蜂屋柿と身不知柿の処理前の成分分析結果を表２に示した。タンニンについては、蜂屋柿と身不知柿が30
0mg/100g オーダーで差異がなかった。またＶ･C については身不知柿に比較し、蜂屋柿がやや高かった。
表２．供試生柿の成分
供試生柿
タンニン
Vitamine Ｃ
蜂屋
310 mg/100g
13.93 mg/100g
身 不 知
335 mg/100g
2.65 mg/100g

漬すると、より安定した色調が保持出来た。
図１．ＶｉｔａｍｉｎｅＣ濃度差による柿の色調（Ｌ* ）VitamineC濃度

80

Ａ ０%、 Ｂ 0.1%、 Ｃ 0.2%、 Ｄ 0.3%、 Ｅ 0.4%、 Ｆ 0.5%

３０℃保存

40
20
0
Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｆ

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｆ

試 験 区

０日目

１日目

２日目

３日目

４日目

（ａ* ）
25

ａ*

20
15
10
5
0
Ａ Ｂ

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｆ

Ａ Ｂ

Ｃ

Ｄ

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｆ

試 験 区

*

（ｂ ）

ｂ*

３．２．VitamineＣの濃度差による柿の色調変化
柿（蜂屋）に対するＶ･Ｃの黒変防止効果を知るため、0.1％間隔で0.5％濃度までのＶ･Ｃ溶液に剥皮した柿を30分間浸漬し、４日間の色調変化を見た。また同時に乾燥温度による色調変化を比較するため、15℃と30℃での色調を測定した 。（図１、２）
その結果、Ｖ･Ｃ未使用区でのＬ *は日数の経過と共に低下し、Ｖ･Ｃ使用区についてはＶ･Ｃ濃度が高くなるに従いＬ *は徐々に上昇する傾向があった。また、
ａ *についてはＶ･Ｃ濃度により差異があり、0.2％以下の濃度ではａ *が高かったが、Ｖ･Ｃ0.3％以上に浸漬することにより、色調は保持出来た。ｂ *について
もＶ･Ｃ濃度が高い程、色調は保持出来たが、Ｖ･Ｃ未使用区についてはｂ *の低下は大きかった。一方、温度差による影響を見るため、15℃と30℃での色調変化を比較した結果、15℃でのＬ *、ｂ *の変化は小さかったが、30℃と同様な色調変化であった。また、ａ *の30℃での色調は、日数の経過と共に高くなる傾向があったが、Ｖ･Ｃ濃度が高くなる程、その変化は小さかった。
以上の結果から、あんぽ柿を硫黄燻蒸処理と同等の色調に仕上げるには、Ｖ･Ｃ0.3％以上の溶液に柿を浸

１５℃保存

60
Ｌ*

２
３
４

処 理 方 法 と 処 理 方 法※乾燥時期は冬季（ １１〜１２月）、乾燥は軒下（気温 ２〜１１ ℃）で行い、横吊方式とした
硫黄燻蒸
※硫黄３０ g/ｍ ３で３０分間燻蒸後、乾燥
VitamineC 浸漬※0.3％Ｖ･Ｃ溶液に剥皮柿を30分間浸漬処理後、乾燥
未処理※低温除湿乾燥機（型式 FDC2E 型−ﾌﾟﾚﾊﾌﾞ内蔵型）､電源 AC ・三相/200V ､除湿量1.4/1hr ､冷凍機1.5/kw ､ヒーター容量2.4kw ､設定温
度15℃､設定除湿20%､横吊方式とした
硫黄薫蒸※硫黄30g/ｍ ３で30分間燻蒸後、乾燥
VitamineC 浸漬※0.3％Ｖ･Ｃ溶液に剥皮した柿を30分間浸漬処理後、乾燥
VitamineC 浸漬＋噴霧※Ｖ･Ｃ処理後、定期的（30 min/days）に0.3％Ｖ･Ｃ溶液を噴霧
処

60
50
40
30
20
10
0
Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

Ｅ

Ｆ

Ａ

試 験 区

Ｂ

Ｅ

Ｆ

短縮出来た。
図２．VitamineCの濃度による柿の色差
ｄＥ*（ａｂ）
（３０℃）
０日目

１日目

２日目

３日目

図３．各種処理による柿の色調と保存後の色調変化（低温除湿－蜂屋柿）
４日目

80

0%
40
20

60
0.1%

0
0.4%

色 調

0.5%

40
20

0.2%

0
保存前

0.3%

保存後

保存前

Ｌ*
未処理区

硫黄薫蒸処理区

ｄＥ*（ａｂ）
１５℃

20

0.1%
色 調

10
0
0.4%

保存前

保存後
ｂ*

ビタミンＣ浸漬処理区

ビタミンＣ噴霧処理区（低温除湿乾燥－身不知柿）

0%
30
0.5%

保存後
ａ*

0.2%

60
50
40
30
20
10
0
保存前

保存後

保存前

Ｌ*

0.3%

保存後

保存前

ａ*

保存後
ｂ*

（自然乾燥－蜂屋柿）

色 調

60
40
20
0
保存前

保存後

保存前

Ｌ*

保存後

保存前

ａ*

未処理区

保存後
ｂ*

硫黄薫蒸処理区

ビタミンＣ浸漬処理区（自然乾燥－身不知柿）

色 調

３．３．VitamineC浸漬・噴霧処理によるあんぽ柿の色調と保存による色調変化
自然乾燥と低温除湿乾燥による、0.3％Ｖ･Ｃ溶液
処理と未処理、硫黄燻蒸処理でのあんぽ柿の色調と１ヶ月間保存後の色調変化を図３と写真１に示した。
その結果、目標とした最終歩留まり37〜33％に達す
る乾燥日数は低温除湿乾燥が８日間に対し自然乾燥は27日間の時間を要した。また、Ｖ･Ｃ浸漬処理後、乾燥したあんぽ柿は従来行われている硫黄燻蒸処理と同等の色調に仕上がり 、乾燥後も変色防止効果があった 。
未処理区は乾燥後のＬ *が硫黄燻蒸、Ｖ･Ｃ浸漬と噴霧処理区に比較し低く、１ヶ月間保存することにより、
Ｌ *はさらに低下し黒変した。また、硫黄燻蒸区に比較しＶ･Ｃ浸漬と噴霧処理区はａ *が高く、やや赤味を帯びた明度の高い色調となった。ｂ *については各試
験区とも、日数の経過と共に低下したが、未処理区の低下は特に著しかった。
以上の結果を要約すると、剥皮した柿を0.3〜0.5％
Ｖ･Ｃ溶液に浸漬後、低温除湿乾燥することにより、色調は硫黄燻蒸処理したものと同等のあんぽ柿を得ることが出来た。また、乾燥庫内に超音波方式の加湿器を導入 し、 Ｖ･Ｃを 柿表 面に噴 霧（30 min/days）する
ことにより、柿表面の色調は鮮やかな赤橙色のあんぽ
柿を得ることが出来たが、保存による柿表面の糖結晶の析出が促進された。なお、最終歩留まりに達する乾燥日数は自然乾燥に比較し、低温除湿乾燥は約20日間

60
50
40
30
20
10
0
保存前

保存後
Ｌ*

保存前

保存後
ａ*

保存前

保存後
ｂ*

４．結言
硫黄の代替え資材として、亜硫酸残留の全くない
Ｖ･Ｃ添加による柿の黒変防止を行ったところ、柿の色調変化の防止効果があった。特に＋側で赤味の度合いを示すａ *に大きな差異があった。また、Ｖ･Ｃの添
加量は dL*、 da*、 db*と dE*測定値から0.3％以上、また、低温除湿乾燥法によるＶ･Ｃ溶液への浸漬または噴霧による柿の黒変防止を行った。その結果、硫黄燻
蒸処理に比較し 、ややａ *が高く鮮やかな赤橙色の「 あんぽ柿」を得ることが出来た。更に製造工程で定期的  

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機能性清酒の開発−新規清酒酵母の醸造特性（第１報）−
Development of Sake with Function‑Chracteristics of new Sake yeasts for Sake Brewing(Part Ⅰ )‑会津若松技術支援ｾﾝﾀｰ

高橋幹雄

小野和広

小沼嘉美

佐藤

正

１）

ハイテクプラザで開発した4株の清酒酵母 を用いて、総米２kg の小仕込み試験醸造をし醸造特性について検討した。その結果、製成酒の成分の総酸度値で、試験酵母の CY‑179株と 52‑5S‑38株を使用した製成酒が、対照
酵母(F7‑01) の製成酒よりも0.7〜1.4ml高い値を示した。また、きき酒による原酒の官能評価では、対照よりも低い評価となっが、加水酒の官能評価では、対照よりも試験酵母のEO‑208株を用いたものが高い評価であった。
また、CY‑179 株と 52‑5S‑38株の製成酒は梅酒様の香味に特徴を有した酒質で低アルコール酒に適したように思われた。
Key words:機能性清酒、新規清酒酵母、EO‑104、EO‑208、CY‑179、52‑5S‑38

1. 緒言
2〜4）

著者らは既報において 、仕込配合（酒母歩合及び汲水歩合）の検討や仕込み時の酵母濃度及び高及び低麹歩合の検討をした結果、製成酒の成分及び官能評価に有意な差が認められた。
今年は、ﾊｲﾃｸﾌﾟﾗｻﾞで開発した4株の清酒酵母 １ ）を用いて小仕込試験を行い、その醸造特性について検討したので報告する。

2. 実験方法
2.1.小仕込試験
小仕込試験は難波ら 5） の方法に準じて、6ﾘｯﾄﾙ容のステンレス製ポットに総米2kgの仕込みを行い、ポットを恒温水槽に保ちクールユニットの温度コントローラによって品温の調節をした。品温経過は、図1に示した。

図１ 小仕込試験醪の品温経過

総 米(g)
掛 米(g)
麹 米(g)汲 水(ml)
水 温(℃)

表1 小仕込試験仕込配合
水 麹 初 添 仲 添 留 添
100
250
650
1000
250
100
550
15

15

550
100
750
9

800
200
1300
7

pm,30min）で固液分離を行い上槽をした。その製成酒を成分分析に供した。なお、同一仕込を2連で行い、成分分析結果をその平均値で示した。
2.2.成分分析
国税庁所定分析法 6） によった。
2.3.官能検査
アンバーグラスを用い、官能評価は３点法（１：良、２：普通、３：悪い）で行った。パネルは５名の当職員で行った。

3.実験結果及び考察
3.1.新規清酒酵母の醸造特性
小仕込試験により得られた上槽酒の一般成分値
及び官能評価の結果を表２に示した。
表2 製成酒の一般成分値及び官能評価
酵母
F7‑01 EO‑104 EO‑208 CY‑179 52‑5S‑38
液 量 (ml) 2179
2168
2113
1977
2080
日本酒度
‑4.8
‑3.0
‑4.5
‑4.0
‑12.3
ｱﾙｺｰﾙ (%) 16.4
16.6
16.5
16.5
15.5
総酸度 (ml) 2.10
2.20
2.30
2.80
3.50
ｱﾐﾉ酸度 (ml) 1.10
1.20
1.30
1.70
1.20
還元糖 (%)
1.23
1.23
1.18
1.38
2.75
官能評価 (平均点 ) 1.20
1.60
2.20
2.00
2.20
官能評価 (短評 ) 甘い ､
軽快 ､
酸 ｳｷ､
桃香 ､
酸 ｳｷ､
少苦味

合 計
2000
1600
400
2600

三段仕込(総米2kg)の仕込配合は表1にまとめて示した。留め後20日目に、遠心分離器（0℃,3000r

ｼﾌﾞｲ

苦渋味

梅酒様

梅酒様

その結果、固液分離後の液量値では、対照(F7‑01)と比べて、CY‑179株と52‑5S‑38株での製成酒の液量が少なく、酒化率が劣っていた。日本酒度では、対照(F7‑01)と比べて、52‑5S‑38株を除いて試験株のものはほぼ同値であった。一方、ｱﾙｺｰﾙ値では、日本酒度と同様で対照(F7‑01)と比べて、52‑5
S‑38株を除いて試験株のものはほぼ同値であった 。
52‑5S‑38株は他の試験株よりも発酵力が少々弱い４. 結言ものと思われた。総酸度値では、対照(F7‑01)と比
べて、CY‑179株と52‑5S‑38株が高い値であり、酸の生成が高い性質を小仕込試験でも示した。ｱﾐﾉ酸
度値では、CY‑179株が他よりも高い値であった。
還元糖では、対照(F7‑01)と比べて、52‑5S‑38株が1.5ﾎﾟｲﾝﾄほど高く、他の試験株はほぼ同値であった。
52‑5S‑38株は、他の試験株よりも発酵力が少々弱
く、残糖値が高かったものと思われた。
きき酒による官能評価では、対照よりも低い評価であったが、CY‑179株と52‑5S‑38株のものは香味に特徴を有した酒質であった。
3.2. 製成酒による加水酒の酒質の検討
5株から得られた製成酒（原酒）に最終ｱﾙｺｰﾙ濃度を10％になるように適宜加水し、得られた10％加水酒の一般成分値及び官能評価の結果を表３に示した。

ハイテクプラザで開発した4株の清酒酵母を用いて、総米２kgの小仕込み試験醸造をし醸造特性について検討した。その結果、製成酒の成分の総酸
度値で、試験酵母のCY‑179株と52‑5S‑38株を使用した製成酒が、対照酵母(F7‑01)の製成酒よりも0.
7〜1.4ml高い値を示した。また、きき酒による原酒の官能評価では、対照よりも低い評価となっが 、加水酒の官能評価では、対照よりも試験酵母のEO‑
208株を用いたものが高い評価であった。また、 C
Y‑179株と52‑5S‑38株の製成酒は梅酒様の香味に特徴を有した酒質で低アルコール酒に適したように思われた。
今後は、今回用いた酵母と最適な仕込配合との組み合わせによる小仕込み試験醸造を行い、醸造特性及び高付加価値化について検討する。

表3 加水酒の一般成分及び官能評価

最後に本研究の遂行に当たり、分析の補助をしてくださった福島県酒造協同組合より派遣の松村清子氏に深謝します。

酵
母
F7‑01 EO‑104 EO‑208 CY‑179 52‑5S‑38
日本酒度
‑2.5
‑1.4
‑2.3
‑2.0
‑7.6
ｱﾙｺｰﾙ (%) 10.0
10.0
10.0
10.0
10.0
総酸度 (ml) 1.28
1.32
1.39
1.70
2.26
ｱﾐﾉ 酸度 (ml) 0.67
0.72
0.79
1.03
0.77
還元糖 (%)
0.75
0.74
0.72
0.84
1.77
官能評価 (平均点 ) 1.60
2.80
1.40
2.60
1.60
官能評価 (短評 ) ｳｽｲ､
香 ｸｾ､
味 ｼﾌﾞｲ
梅酒風 ､
梅酒風 ､
少 ｼﾌﾞｲ 味雑味 ｸﾄﾞｲ 酸甘味参考文献
1)鈴木英二、桑田彰、安川真：福島県ハイテクプラ

ザ試験研究報告、pp.55‑59、平成８年度
2)高橋幹雄、鈴木賢二、小沼嘉美、佐藤正：福島県ハイテクプラザ試験研究報告、pp.161‑165、平成８年度
3)高橋幹雄、鈴木賢二、小沼嘉美、佐藤正：福島県ハイテクプラザ試験研究報告、pp.103‑107、平成９年度
4)高橋幹雄、小野和広、小沼嘉美、佐藤正：福島県ハイテクプラザ試験研究報告、pp.75‑78、平成10年度

その結果、EO‑208株の加水酒が、対照株や他の試験株のものより官能評価が良い結果であった。
短評において、官能評価が良かったEO‑208株は、
水ぽくなく、少々ｼﾌﾞ味はあるがしっかりした酒質であった。CY‑179株と52‑5S‑38株は梅酒風味の特徴を有していたが、酸味と甘味のﾊﾞﾗﾝｽが良かった
52‑5S‑38株の方がCY‑179株よりも官能評価で良い結果であった。
この要因については、製成酒のｱﾐﾉ酸度値の多少が、酒質の面で顕著に表れ、ｱﾐﾉ酸度値の高いCY‑1
79株が雑味を感じ易く官能評価が悪かったものと推察された。
高橋ら 7） は、純米清酒で割水によって味の濃さの失われない原酒の条件の一つとして、原酒でアルコール分が低目（16.5〜17.5％程度）であること、日本酒度が小さい、つまり甘口の酒であると報告しているが、今回の結果では、ある程度一致した。

5)難波康之祐ら，:醸協，73，259(1978)
6)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)
7)高橋康次郎ら，:醸協，77，911(1982)

機能性清酒の開発−県産新酒造好適米｢夢の香｣を用いた試験醸造（第１報）−
Development of Sake with Function‑Test brewing used new Rice Cultivar Yumenokaori for Sake Brewing in Fukushima Prefecture(Part Ⅰ )‑会津若松技術支援ｾﾝﾀｰ
農業試験場

高橋幹雄 小野和広 小沼嘉美
大和田正幸 斎藤真一

佐藤正

総米９０kg規模で新酒造好適米「夢の香」を用いて試験醸造をした。その結果、夢の香を用いて醸造した製成
酒は、五百万石を用いて醸造した製成酒よりも官能評価において良い評価を受けた。夢の香と五百万石の製成酒の比較として、第一に米の硬軟の差に起因するものと思われる酒質の柔らかさの強弱の違いがあげられ、やや硬い五百万石には苦味を感じやすく、軟らかい夢の香には苦味はあるもののそれをカバーする甘味の強さが味のバ
ランスを取っているものと思われた。
Key words:機能性清酒、新酒造好適米、夢の香、F7‑01

1. 緒言
現在、福島県の酒造好適米としての奨励品種は 、「五百万石」と「華吹雪」であり、県内の多くの蔵元で使用されている。しかし、両品種とも当県独自のものではなく、新しい県独自の酒造好適米の開発が県内の多くの酒造業界から望まれ、求められている。昨今、近県では、県独自の酒造好適米の開発がなされ、産地間競争が今までよりも激化し、地域性を重要視した新商品の開発がなされている。そこで、福島県農業試験場で新しい酒造
好適米「夢の香」が開発され、その夢の香を使用して試験醸造を行ったので報告する。

2.実験方法2.1.来歴
酒造好適米「夢の香」の系譜を図１に示した。
ヤマビコ
アキツホ
日 本 晴
八反錦１号
秀

峰

八反35号
夢の香

八反10号
美 山 錦
山形酒49号（出羽燦々）

たかね錦
C 060照射突然変異
青系79号(おくほまれ )華 吹 雪
ふ系103号
図１

夢の香の系譜「夢の香」は平成３年に福島県農業試験場において「八反錦１号」を母とし 、「出羽燦々」を父として人工交配を行い、平成４年までにＦ１〜Ｆ３を温室で世代促進を行い、平成５年本田においてＦ４雑種集団から固体選別を行った。
その後、系統選抜、特性検定試験を行い、平成７年Ｆ６世代で「郡系酒96号」の系統番号を付与
し、生産力検定試験に供試した。平成９年Ｆ８世代で「夢の香」の地方番号が付され、関係各県に配布して３年間地域適応性等を検討し、誕生に至った。
2.2.原料米
本県産米の夢の香と五百万石（対照品種）の精
米歩合50％の白米を使用した 。（農業試験場より提供）
2.3.原料処理
洗米操作はステンレス製のザルを用いて、素手で撹拌し、製成酒の酒質に悪影響を及ぼす雑味の要素となる糠成分等をよく除去するように注意して洗米した。また、処理した原料米に差が生じな
いよう時間を制限し、原料米10kg当たり3分で洗米を完了するように行った。浸漬時の水温は6〜7℃
で、浸漬時間(表４)は吸水状態を肉眼で観察しながら適宜行った。
2.4.製麹操作
原料米を蒸きょう後、麹室に引き込む前に一度蒸気を抜き予定品温近くになったところで麹室に引き込み、品温及び水分の調整を行ない、麹室の床上に広げ予定品温まで冷却した。以後の操作を表５に示した。種麹は白米100kg当たり20g使用し 、１升盛の麹蓋法で製麹した。
2.5.仕込方法
今回は、総米90kgの酵母仕込を行った。モロミ
は2本同時に仕込み、品温の調節は、各容器付帯の冷却ジャケットの水量の加減及びクールユニットの温度コントローラによって調節した。品温経過

は、図２に示した。使用酵母は、モロミ2本とも当センターで開発したF7‑01株を用い､活性酵母６ﾘｯﾄﾙ使用した。また、乳酸は各々100ml使用した。仕込配合については、表１に示した。

総
掛
麹
汲

表1 試験醸造の仕込配合
水 麹 初 添 仲 添 留 添
米 (kg) 5103045
米 (kg)
1024
38
米 (kg) 567
水 (㍑) 2233
67

30％ｱﾙｺｰﾙ(㍑)水
温 (℃) 15

合 計
90
72
18
122

った（20分吸水参照 ）。
表2 夢の香の酒米特性試験結果
千粒重 精米歩合 砕米率 20 分 120 分 蒸米吸水 粗蛋白質 ｶﾘｳﾑ(g) （%)(%) 吸水 (%)吸水 (%)(%) (%)(ppm)
夢 の 香 26.5 73.9 0.0 29.3 29.6 37.9 4.5 297
9年産 五百万石 25.6 72.4 6.6 28.0 29.2 36.0 4.8 376
夢 の 香 26.0 74.7 19.6 30.6 33.3 35.5 7.4 366
10年産 五百万石 26.2 72.6 16.4 28.2 31.7 34.1 7.5 284
夢 の 香 26.0 72.6 13.4 31.2 32.5 36.8 4.9 270
11年産 五百万石 26.2 72.3 11.1 28.6 30.1 35.7 5.1 266

30
12

9

6

図２ 醪の品温経過

2.6.酒米特性試験
酒造用原料米全国統一分析法に従って分析した 。
2.7.成分分析
国税庁所定分析法 1） によった。
2.8.香気成分
Tekmar社のﾍｯﾄﾞｽﾍﾟｰｽｻﾝﾌﾟﾗｰ7050装備の日立製作所社製G‑3000型ガスクロマトグラフを用いて、ヘｯドスペース法 2） に従って分析した。
2.9.酵素力価堀江ら 3） の方法及びキッコーマン株式会社製の分析キットを用い測定した。
2.10.官能検査
アンバーグラスを用い、官能評価は３点法（１：良、２：普通、３：悪い）で行った。試験醸造で得られた夢の香と五百万石の製成酒のパネルは１４名の醸造専門家で行った。

3.実験結果及び考察
3.1.酒米特性試験
過去3年間の夢の香の酒米特性試験 ( 精米歩合70% ) 結果を表２に示した。
酒造好適米の条件の一つとして、一般に心白のある大粒米であるが、当該「夢の香」は今回の対照品種である五百万石同様の心白を有し、かつ同等の大粒米であった（千粒重参照 ）。また、もう一つの条件として軟質米であることがあげられるが 、軟質米としての性質も有し、五百万石よりも上回

3.2.醸造特性試験
過去2年間の夢の香の酒米特性試験 ( 精米歩合50% ) 結果を表３に示した。
表3 夢の香の酒米特性試験結果
原料米品種 精米歩合 水 分
20 分吸水 120 分吸水（%) (%)(%)(%)
夢 の 香 50 12.49 34.69 35.74
10年産 五百万石 50 13.35 28.34 29.79
夢 の 香 50 12.44 33.35 36.43
11年産 五百万石 50 12.55 30.12 32.32※
吸水率比 (120/20) (20 分吸水 /120 分吸水 )*100

吸水率比 ※
103
105
109
107

20分の浸漬で、吸水歩合で試験品種の夢の香が3〜7ポイント高く、対照品種よりも吸水性が良く、軟らかい原料米の性状を示した。特に浸漬工程で夢の香が五百万石よりも原料処理がしやすく、蒸米は適度の吸水率を持ち、弾力性のある、サバケのよい仕上がりであった。
麹米、掛米の各処理区の浸漬時間及び蒸し直前の吸水率と蒸米吸水率を表４に示した。
表4 原料米の浸漬時間と吸水率
浸 漬 水 水 温 (℃)

麹 米
6.0
14.0

初 添
7.0
10.5

仲 添
6.5
10.5

留 添
6.5
10.5

平 均
6.50
11.38

浸 漬 時 間 (分)

16.0

13.0

13.0

13.0

13.75

31.7
29.2
43.6
41.6

27.5
26.5
38.5
39.0

27.2
26.2
38.3
38.7

27.7
25.9
39.1
38.1

28.53
26.95
39.88
39.35

蒸し前吸水率 (%)

蒸 米 吸 水 率 (%)
上段；夢の香

下段；五百万石

高精白度の吟醸用白米は、一般に吸水が過多になり易く、蒸米が過軟になる傾向になるため短時間浸漬法（限定吸水法）が行われている。また、
白米調湿器等を利用して予定の吸水率に仕上げたりしている。その意味で、浸漬時間は吟醸造りにとって非常に大事な要素であり、最終の製成酒の酒質に微妙に影響する。
今回も、過去の知見を踏まえて、吸水状態を肉眼で観察した結果、浸漬時間を麹米で夢の香14分 、五百万石16分とした。掛米は、夢の香10.5分、五百万石13分で原料処理を行った。
昨今の吟醸酒の酒質で大切なことは、香味のバ
ランスがとれた酒質を一番に考慮しなければならないため、味を重視した麹造りに努めなければならない。そのためには、蒸し直前の吸水率の目標
は、例年と同様に平均で27〜28%を予定して操作を行った。その結果、夢の香の平均で28.53%、五百万石の平均で26.95%であった。ほぼ予定どおりの吸水率であった。また、蒸米吸水率の目標として
は、麹米で42%、掛米で39%を予定し操作した結果 、夢の香の麹米で43.6%、五百万石の麹米で 41.6%であった。夢の香の掛米では38.63%（添、仲、留の平均 ）、五百万石の掛米では38.60%（添、仲、留の平均）であり、両品種の麹米、掛米とも、予定した結果となり、近年の味吟醸タイプの酒質に適う 、仕上がり、状貌、手触りともに良好なる蒸米が得られた。
製麹工程では、例年と同様に麹米の原料を蒸した後、麹室に引き込む前にある程度蒸米の品温と水分の調節を行った。予定の引き込み品温近くになってから、直ちに麹室に引き込み床全体に広げて、蒸米の品温と水分の調節を行った。室温は35℃とし、乾湿差を7℃とり、品温32℃、水分33%を目標に蒸米の品温と水分の調節を行い、2.5時間後に種麹を白米100kg当たり20gの割合で散布し、床揉みを行った。その後の経過については表５に示したとおりである。
一般に言われている通り、盛操作は米粒に極僅かの破精が肉眼で観察されるか否かの頃に行なうが、今回は、種ｷﾘ操作から盛操作までの時間を、20時間とし、破精が肉眼で確認できる程度で操作を行なった。以後の製麹操作においては、最終的な麹の出来上がりに差が生じないように注意して 、品温操作し、麹造りを行った。今回の出麹歩合は夢の香で19.50%、五百万石で17.67%であった。
対照品種の五百万石よりも試験品種の夢の香がサバケが良く（固まり難い）また発水性に優れ、全工程で製麹操作がしやすく、理想的な麹の仕上がりであった。出来上がった麹は、五百万石よりも夢の香が破精込みの深い突き破精型の状貌で、香りもキノコ香を強く有し、満足できるものであ
った。

操
作 時 刻
引
込 11:30
種 キ リ 14:00

表5 製麹経過品
温夢の香 五百万石 室 温
38.0℃ 39.0℃
35.0℃
31.0
32.0
35.0

湿球温
28.0℃
28.0

床 も み 14:30
切
返 0:40

31.0
33.1

32.0
33.9

35.0
36.8

28.0
32.3

盛
10:30
仲 仕 事 16:30
積
替 18:25
積
替 19:30
仕舞仕事 22:30

34.3
36.6
38.0
37.4
40.5

34.4
36.7
39.5
37.1
40.5

35.0
35.4
34.0
36.0
41.0

31.8
31.9
28.8
25.0
30.0

積
積
積

替
替
替

1:20
4:00
7:00

41.9
41.1
42.4

42.1
42.7
43.8

37.5
40.5
43.2

30.5
30.5
32.2

積
積

替 9:00
替 11:45

42.4
42.8

44.7
42.8

44.0
43.2

33.0
35.5

積
替 14:20 44.0
44.3
42.0
30.0
出
麹 15:15 42.1
42.5
40.0
30.0
出
麹 17:00 42.0
40.0
28.0
種麹使用 20g/100kg
出麹歩合 夢の香19.50％、五百万石17.67％

麹の酵素力価を測定し、表６に示した。
表6 夢の香、五百万石による麹の酵素力価
総合力価 糖化性比 ｱﾐﾉ酸比 糖化力 α ‑ｱﾐﾗｰｾﾞ ｸﾞﾙｺｱﾐﾗｰｾﾞ(*1) (*1) (*1)(*2) (*2)(*2)
夢 の 香 799 1.38 0.30
196
1230
135
五百万石 776 1.39 0.30
189
1194
130
*1
堀江式の吟醸麹の品質評価法*2
キッコーマンの測定キットによる今回測定した麹の酵素力価は夢の香、五百万石
双方ともほぼ同程度であった。
今回の吟醸麹も酵素力価の観点から見て、良好な麹の仕上がりであったことが推察された。
醪管理工程では、仕込後毎日品温管理及び成分分析を行い、糖化と発酵のバランスをコントロー
ルした。最高ボーメ値で試験品種の夢の香が8.0、対照品種の五百万石が6.8でその差1.2ポイント夢の香の醪が高く、醪での蒸米の溶解性が良いものと思われた。
製成酒の評価（成分、官能評価）では、五百万石で醸造した醪を34日目で、夢の香で醸造した醪を36日目でアルコール添加後それぞれ上槽した。
製成酒の一般成分値と香気成分値をそれぞれ表７､８に示した。

表7 製成酒の一般成分値
夢の香
五百万石

日本酒度
ｱ ﾙ ｺ ｰ ﾙ 分(％)
総 酸 度(ml)ｱ ﾐ ﾉ 酸 度(ml)還 元 糖(％)
粕 歩 合(％)

＋5.0
17.90
1.40
1.05
1.52
48.50

いて醸造した製成酒は、五百万石を用いて醸造した製成酒よりも官能評価において高い評価であった。 五百万石と夢の香の製成酒の比較として、第一に米の硬軟の差に起因するものと思われる酒
質の柔らかさの強弱の違いがあげられ、やや硬い五百万石には苦味を感じやすく、軟らかい夢の香には苦味はあるもののそれをカバーする甘味の強さが味のバランスを取っているものと思われた。
今後は、今回用いた酒造好適米「夢の香」の酒
米特性並びに醸造特性についての追試をしその再現性について検討する。

＋4.0
17.70
1.20
0.90
1.67
49.06

表8 製成酒の香気成分値
夢の香
五百万石

ﾌﾟﾛﾊﾟﾉｰﾙ(ppm)77.68
ｲｿﾌﾞﾀﾉｰﾙ(ppm)39.71
ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ(ppm)
126.79酢酸ｴﾁﾙ(ppm)48.29
酢酸ｲｿﾌﾞﾁﾙ(ppm)
0.08
酢酸ｲｿｱﾐﾙ(ppm)
3.11
ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ(ppm)
2.50
※
E/A比
2.46
※
１酢酸ｲｿｱﾐﾙ/ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ*100

70.06
44.79
118.60
43.71
0.12
2.58
2.21
2.18

最後に本研究の遂行に当たり、分析の補助をしてくださった福島県酒造協同組合より派遣の松村清子氏に深謝します。
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)吉沢

淑:醸協，68，59(1973)

3)堀江修二ら，:醸協，87，57‑61(1992)

一般成分値では、総酸度、アミノ酸度に差がでたが、他の成分値には大きな差はなかった。総酸
度とアミノ酸度の差の要因としては、醪での蒸米の溶解性の大小によるものと思われ、夢の香が五百万石よりも醪で溶けやすく、軟らかい性質であることを試験醸造上で実証した。一方、香気成分
値では、吟醸香を構成している重要な成分である
カプロン酸エチルと酢酸イソアミルの値が五百万石よりも夢の香の値が10〜20％高い値を示した。
製成酒の官能評価を、表９に示した。
表9 官能評価
評点(3点法) ※

短

評

夢 の 香
１．７９
柔和、芳醇、少々ｼﾌﾞｲ
五百万石
２．００
淡麗、軽快、ｼﾌﾞｲ※
パネル１４名(1:良 ､2:普通 ､3: 悪い )対照米の五百万石を用いた製成酒の酒質は、当センターで例年製成したものと遜色ない出来映えで、淡麗で軽快なキレイな酒質に仕上がったものと思われた。試験米の夢の香を用いた製成酒の酒
質は、味に膨らみと巾を持った柔らかさと芳醇な香りを兼ね備え、香りと味のバランスが良好な酒質に仕上がったものと思われた。

４. 結言
総米９０kg規模での新酒造好適米「夢の香」を用いて試験醸造を行った。その結果、夢の香を用ＣＧ（ｺﾝﾋﾟｭｰﾀｸﾞﾗﾌｨｯｸｽ）画像の製品化への応用研究（第２報）−ＣＧ模様製品の試作開発−
Study on application of the image by computer graphics to actual production（PartⅡ）‑The experimental production development of the CG pattern product‑

会津若松技術支援ｾﾝﾀｰ 竹内克己 出羽重遠 佐竹延明
共同研究者 眠夢木:岩橋正義 儀同漆工房:儀同哲夫 静山工房:山本一広「ＣＧによる模様の展開手法の開発」で創出されたＣＧ模様を、会津漆器業界の職人の技術で製品化すると、どれだけ原画のイメージを再現出来るか。委託製作によって、実際の工芸品にスクリーン蒔絵で加飾を試み、ＣＧ模様の加飾を施した工芸品の試作開発をデザイン開発の手法で行いました。
Key

words:ＣＧ模様、デザイン、点、線、面、展開、回転、連続、構図、構成

1. 緒言
平成１０年度に続き、ＣＧ模様を加飾した製品の実現をはかった。
製品の実現には、デザイン開発の手法を用いて、卓上の小物のなかでは比較的人気の高い「片口」をイメージした「角形注器」を、会津漆器の事業所に製作を委託して試作開発を行った。

２．デザイン開発
２．１．デザインの方向性の検討
漆器製品の大きな目標の１つに、年間を通して毎日使われる商品を開発することが上げられます。
汁椀とか皿・お盆など普段使いされる商品はあるが、やはり陶器の使いやすさや価格に負けて、大部分の商品は正月商品のイメージから脱却できないでいる。
伝統的な漆器製品の中で、液体を注ぐ道具には、屠蘇器の銚子、片口、湯桶があり、注器は現代に入ってもそれらの形を踏襲したデザインでしか商品開発がなされていないため、和風のイメージの強いものになっている。
そこで、デザインの観点から、卓上で使われ人気のある「片口」をデザインイメージの原形にして、現代の生活シーンを考えて、和風洋風どちらにも合う「角形の卓上用注器」をデザインした。
形状は平成１０年度に開発した「重箱」とセットになることを考え、デザインイメージを合わせて、平面で構成された形を考えた。もちろん、色々な素材の食器の中に置いても、独立性がありな
がら遊び心で自由にアレンジして楽しめるようデザインした。
漆工芸品の購買者の中には、自分のライフスタ
イルにこだわる生活者が占めてきており、婦人雑誌に掲載される工芸家や工芸品の紹介記事に興味をもち、テレビの美術番組やグルメ番組の料理人の盛り付け方や食器使いなどに関心を示し、工芸品の鑑賞本などを愛読し、本やテレビに登場する
趣味的な世界を自分自身が実際に体験し楽しむた
めに、美術館や工芸ギャラリーあるいは有名料理
人のいる店に頻繁に通い、文化的な情報を積極的に収集しようとする人が増えてきている。
伝統的な工芸品を鑑賞し理解することから、陶芸教室や鎌倉彫の教室また漆芸教室に通って、美術館で見て感動した作品に近いものを作ろうとす
る、体験して理解を深める教養とかわりつつある。
また機能としての付加価値に、物を仲介したコミ
ニュケーションの価値を必要としており、コミニュケーションが始まるキッカケとして、伝統的な工芸職人の技術や、デザインやファッショントレ
ンドの傾向や流行色など「いま」を表現する要素が必要とされている。
工芸品を製造する者にも、消費者の文化情報の収集力とデザイントレンドの変化に素早く対応し、それ以上のレベルの付加価値を必要とする商品づくりが要求されている。
そこで、そのような文化的な好奇心の高い購買者に対応できる商品として、デザインの方向性を
前年度に続き、次の３つの条件を必要とする商品と位置づけました。
１．インテリアとして室内に飾られる商品
２．「和」「洋」の両方に合う商品
３．遊び心と少し教養を必要とする商品
２．２．形のデザインの検討
昨年の「重箱」の時にも、木地製作の作業性の良さと価格を抑えるために、平面を多用した形を考えたが、今回も平面を多用したデザインを基準にした。

最初に注器の種類に、どのような形状のバリエーションが考えられるか検討した。

図１．注器の種類「片口」をデザインイメージの原形にして形状のデザインの方向を考え出したのだが、平面を多用するデザインを基準に考えたため、直方体に口を付ける「湯桶」と「片口」の特徴を合わせたデザイン形状になった。

図２．ＣＧ予想図「片口」のような注器を漆器や木製品で考えた
場合、円形の椀や鉢に口を付けた形が一番多く、また機能的に液体が一番安定して口に向かって流れていく形でもある。それに比べて直方体に口を付けた場合、中の液体は四隅に向かいやすく、直方体のカドの部位を口にしたり、カドに口を付けた形が多く、カド以外を口にした場合、容器の最後に残る液体をスムーズに、口の方に流れるようにするには、流れを補助する形を付ける必要がある。液体の流れ方を制御して安定させるのが難し
いので、四隅のカド以外に口が付いた形状のもの
は、木製品では今までほとんど作られていない。
色々と液体の流れを検討した結果、液体の流れをよくするために直方体のカドに三角錐の形を接着し、液の流れをよくする構造を考えた。

図３．液体の流れ（断面図）
商品価格をできるだけ抑えるために、スクリー
ン蒔絵で加飾することを第一に考え、スクリーン
印刷で加飾がしやすい平面を多用した形をデザインし、前回の重箱のデザイン同様に、全体が重たいイメージにならないようにデザインした。
直方体の底が床に着いていると、重たいイメー
ジになるのと、升の形に口を付けた和風のイメー
ジから脱却できないので、足を付けて底が床から離れるようにした。足を付けることによって一気に、伝統的な「片口」や「湯桶」の和風のイメー
ジから洋風なニュアンスが加わった。特に少し大きめのつまみを付けたフタを付けてみると、和風なイメージから、完全に洋風な生活に合う形に変化させることが出来き、最終的には「片口」と「湯桶」の形をミックスさせた造形になった。

図４．木地と漆塗り

２．３．２．ＣＧ模様の作成
点的展開、線的展開、面的展開で得られた形を、ＣＧ処理して、別のイメージを持つ形に変えます。
今回の場合、スクリーンの版数を減らすことを前提に模様を作った。

図５．漆塗りのカラーバリエーション
２．３．１．模様のデザインの検討
平成８・９年に行った「ＣＧによる模様の展開
手法の開発」でえられたＣＧ模様を利用して、注器に加飾する模様を構成配置した。

図７．ＣＧ処理（回転機能）
２．３．３．模様の再構成
立体に模様をつける時に、注意しなければいけないことは、視線が右から左に、あるいは左から右に、立体の周りを、自然に流れることを計算して、構成・配置を考えることですが、今回は、ス
クリーン印刷を前提にしているために、極端な凹凸がある口の付く面は模様を付けないので、左右の側面と背面の３面に模様を配置します。背面を始点にして左右の側面に視線が移動し、左右に流れた視線が自然に真ん中の背面に戻るように配置した。

図６．模様の展開手法

図８．視線の流れ

図９．蒔絵の下絵
２．４．１．加飾の検討再構成されたＣＧ模様を、実際に加飾するとどうなるか、コンピュータ上で器物に貼り付け、実現可能な模様かどうか、検討する。

図１０．完成予想図
２．４．２．スクリーン蒔絵の加飾
蒔絵の事業所に、委託製作を依頼し完成させる。

ＣＧ模様はグラフィックス印刷を応用した工芸の分野であれば、広く利用できる研究である。特に今回はスクリーン印刷の蒔絵にしか利用しなかったが、スクリ−ン蒔絵と手描き蒔絵を組み合わせた表現をすれば、深みのあるの商品になります。
工芸の世界で模様を必要とする分野は多々ありますが、時代のトレンドで無地に近いモノが好まれたり、装飾的な模様やシンプルな模様が付いたモノが好まれたりと、色々な時代はあったが、模様が全く必要がないといわれる時代はありませんでした。風土・気候・信仰・文化・民族性が花鳥
風月に無理なく自然に表現されて伝統模様として今に残されているからです。
いまや伝統工芸品の世界でも、その時代時代のトレンドに素早く反応して商品開発をするのが、当たり前の時代になりました。これからの商品開発には、コンピュータの機能を活用する技術改革が不可欠になります。
コンピュータを鉛筆がわりに道具として使いこなせれば、伝統的な古い模様を無限に変化させ、素早い対応で、商品開発に利用することが出来るようになります。トレンド情報の収集を怠らなけ
れば、ＣＧ模様で無限に続く商品開発の可能性が確立できると思います。

参考文献
1)竹内克己：「模様は変身する」昭和59年中小企業技術指導員養成課程実習報告書(1984)
2)竹内克己：福島県ﾊｲﾃｸﾌﾟﾗｻﾞ試験研究報告P85−91(1997)3)竹内克己：福島県ﾊｲﾃｸﾌﾟﾗｻﾞ試験研究報告P67−70(1998)

図１１．スクリーン蒔絵完成

３. 結言
前年度の試作を検証した結果、ＣＧ模様を事業所の技術で製品化するには、スクリーンの版数を減らしてできるだけ版ズレをなくすようにすることと、模様を切らない工夫をすることであったが、今年度は器物の形を単純にし、模様も区切りがよい配置構成を考えたので、良い結果が得られた。

加飾技法を活用した洋食器の開発（第２報）
Development of decorative technics for western tablewre
会津若松技術支援センター

佐藤

隆

竹内

前年度の化粧土を活用した加飾技法の試作の中から イッチン

克巳
堆花

佐竹

延明

彫り の三

技法に絞り込み、物性試験を行いながら加飾技法の可能性について検討した。

Key words:加飾技法、イッチン、堆花

１．緒言
多様化した最近の食生活における生活工芸品の見直しを図る事を目的に、加飾技法の活用による
普段使い に適した洋食器の開発を検討している。
本年度は前回の基礎素地と化粧土の試験、化粧土をメーンにした７種の加飾技法の試作の中から、会津塗の伝統技法との融合化を考えた開発コンセ
プトから、 イッチン 堆花 彫り の三技法に絞り込み、基礎素地と化粧土の調合、各種技法と道具の関係、焼成呈色結果等、加飾技法をしての可能性について検討した。

２．試験・試作
２．１．イッチン
天草陶石、蛙目粘土をメーンにしたイッチン用
化粧土の調合試験を行い、最終的には素地との密着、収縮、呈色効果等から、白系、黄系、黒系の３種類を選定し、試作をした。

黄系
３０
４０
１０
２０

白系
５０
２０
１０
２０

表２

白色素地調合ﾆｭｰｼﾞｰﾗﾝﾄﾞｶｵﾘﾝ
天草陶石
福島長石
蛙目粘土

２０
２５
３５
２０

塗り重ね回数、密着性、剥離が問題となるため素地と化粧土の収縮と完全乾燥後の施泥等が堆花技法のポイントと言える。

黒系

２．３．彫り従来の釉裏金彩とは別にした箔の効果を表現するため、堆花素地に線彫りした箇所に箔、粉、泥を埋めた沈金の加飾技法を計画し、現在その接着、焼成温度等について検討している。

２０
１０

３．結言

表１ イッチン用化粧土の調合

天草陶石
蛙目粘土
福島長石
福島珪石
鬼板土
加茂川石

２．２．堆花５色の色化粧土と白・黒化粧土の２種について試作した。堆花技法の表現方法においては素地の効果の占める要素が大きいため、前回の素地と共に白色素地の調合試験を行い、刷毛、筆、霧吹きを使いながら施泥、塗り重ね（ ５層〜１０層 ）加飾試験
を行った。

３５
３５

イッチン技法で不可欠な道具との関係もケーキ
菓子用の絞り袋、ＰＣ製の小型油差し、ゴム製・Ｐ
Ｃ製のスポイト、和紙に柿渋を塗った筒を使用し泥の濃度、口金をの関係を繰り返し行った。立描
き、斜描き、肥痩線の効果等のテクニックは、パターンの工夫と道具の慣れが課題と言える。

今日の和、洋、中の折衷化された食生活に対応するためテーブルウェアのスタイルも使われ方も単なる生活の工芸品にとどまらず素材のブランド
化、ストーリー性が求められている。
会津塗の伝統技法である 鉄錆塗 と イッチン 、堆朱・花塗 と 堆花 、 沈金 と 彫り 加飾技法を媒体に異種材の融合化を図ることによりトータル
的な地場産の商品化が期待できる。
今年度はＣＧによる文様のデザインの展開、型、打ち込み成形のモデリング等を行いながら具体的には ブランチセット としての箸の似合う洋食器の開発を計画している。

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






県産中小径広葉樹材の有効利用に関する研究
Beeter Utilization of Small or Medium Diameter Grown Hardwood in Fukushima
会津若松技術支援センター

橋本春夫

出羽重遠

山崎智史

中小径広葉樹材（朴の木、ぶな材）による模様集成化材料の製造技術の確立を目指し
縦継ぎ及び幅継ぎにおけるバットジョイントによる接着せん断強さの検討を行った。その結果、縦継ぎ木口接着の被着材面加工方法では、超硬丸鋸チップ形状の種類により接着
せん断強さに影響し、Ａ鋸が最も効果的であった。また、水性高分子イソシアネート系
接着剤へのエマルジョン改質剤の添加では、架橋剤無添加で効果が得られた。しかし、架橋剤15%における改質剤添加では効果が得られなかった。
幅継ぎ柾目接着の被着材面加工方法では、超硬丸鋸チップ形状の種類と切削速度により接着せん断強さに影響し、Ｂ鋸で低速切削が最も効果的であった。
今後、エマルション改質剤や模様集成材接着技術の製造技術の確立に向けた開発に努めたい。
Key words: 集成材、接着強度

1. 緒言
中小径木の利用は、材料収縮率のアンバランスから生じる割れ、狂い及び多量に出現する節など材質的品
質欠点が多いため、利用の減少や製造コストの増加か
ら広く普及に至っていない。そこで、中小径木の欠点を補う技術の開発を目的とし、模様集成化などによる有効利用を目指す改良技術についての研究を実施した。
本研究では、模様集成化材料の製造技術の確立を目指し、縦継ぎ及び幅継ぎにおけるバットジョイントでの接着せん断強さの検討を行った。また、その結果から得られた製造技術を用いアジロ模様お盆のサンプル試作品製作を行った。

表１水性高分子イソシアネート系接着剤
項
目
主 剤(Ａ)
架橋剤(Ｂ)
外観
不揮発分
粘度(BM型粘度計)
ＰＨ
標準混合比
可使時間

材質

２．実験方法
接着剤には、構造用集成材などに多く用いられている水性高分子イソシアネート系接着剤（性状を表１に示す。）を選定した。
被着材料には、朴の木、ぶな材（性質を表２に示す）の繊維走向０°（柾目面）と９０°（木口面）を被着材面とし、加工性が容易な鋸切削面用いた。接合構造
をいも継ぎ（バットジョイント）で、超硬丸鋸（チップソー形状を表３、４に示す）の種類と切削速度の違いによる接着性能を検討した。
また、水性高分子イソシアネート系接着剤にエマル
ジョン改質剤（芳香族イソシアネート系水性ウレタン
樹脂の性状を表５に示す）を添加し、縦継ぎ木口接着
における接着性能の改良を検討した。
接着せん断強さは、JIS Ｋ6852に準ずる接着剤の圧
縮せん断接着試験方法で行い、常態接着力と耐温水接着力（試験片を60±3℃の温水中に３時間浸せきしたの
ち、室温の水中にさめるまで浸し、ぬれたままの状態で試験する。）で評価した。

乳白色ｴﾏﾙｼｮﾝ 暗褐色溶液
６０±２ ％
９８％以上
10,000100〜13,000
〜200
８±０．５
２〜３
重量比でＡ：Ｂ＝100：15
約６０分

表２ 被着材の材質
含水率(%) 気乾比重

年輪幅(㎜)

区分
朴の木辺材
朴の木心材
ぶな材辺材

１２.４３
１１.９５
１０.２４

０.５０
０.５０
０.６８

２.６４
２.４４
２.９９

表３ 横挽丸鋸（チップソー）の形状
種類 横挽 Ａ鋸 横挽 Ｂ鋸 横挽 Ｃ鋸
形状
すくい角
外径逃げ角
横すくい角
目すり角
側面逃げ角
向心角

１５
１５
１０
１０
４
１．２

１５
１５
１０
１０
３
０．６

１５
１５
１０
１０
５
２．０

表４ 縦挽丸鋸（チップソー）の形状
材質
縦挽 Ａ鋸 縦挽 Ｂ鋸
区分
すくい角
外径逃げ角
横すくい角
目すり角
側面逃げ角
向心角

２０
１５
０
５
４
１．２

２０
１５
０
５
３
０．６

図２超硬丸鋸の種類と切削速度における木口被着材面のせん断強さ

縦継ぎ木口接着の被着材面（繊維走向９０°）の切削肌を図１に示す。また、常態接着せん断強さ及び耐表５水性ウレタン樹脂
温水接着せん断強さの結果を図２に示す。
項目性状
被着材面にひき跡（ツースマーク）の違いか見られ外観
乳白色溶液
たものの縦継ぎ木口接着における水性高分子イソシア
不揮発分
４０±１ ％
ネート系接着剤での常態接着せん断強さでは、 686N/
ＰＨ
６〜８㎝２前後の値を示し、日本工業規格（JIS） の木材接着
イオン性
アニオン
剤の性能における酢酸ビニール樹脂エマルジョン接着
平均粒径（μｍ）
０．１０
剤適合１種２号基準と同等の性能を示した。
縦継ぎ木口接着の常態接着せん断強さでは、超硬丸鋸の種類間で、Ａ鋸で735N/㎝２、Ｃ鋸で686N/㎝２、Ｂ３. 結
果
鋸で666N/㎝２前後の値を示し、有意差が認められた。
切削速度間では有意差が認められなかったが、切削肌
３.１. 超硬丸鋸と切削速度との性能比較
が粗い切削速度 10m/minにおいて減少を示した。 耐
水性高分子イソシアネート系接着剤を用い、超硬丸
温水試験接着せん断強さの超硬丸鋸種類間では、Ａ鋸
鋸の種類と切削速度との性能比較を行うため、被着材
２２２面に縦継ぎ木口接着の木口面と木口面（繊維走向90°）、 で392N/㎝ 、Ｃ鋸で294N/㎝ 、Ｂ鋸で245N/㎝ 前後の値を示し、有意差が認められた。切削速度間では有意
幅継ぎ柾目接着の柾目面と柾目面（繊維走向０°）に差が認められなかったが、Ａ鋸とＢ鋸間で、切削肌がついて水性高分子イソシアネート系接着剤の常態及び粗い切削速度 10m/minにおいて増加傾向を示した。鋸
耐温水接着せん断強さを測定した。供試材は、朴の木のひき跡が何らかの影響したものと考えられる。常態の心材を用いた。接着条件は、配合比：主剤／架橋剤
及び耐温水接着せん断強さにおける木部破断率は０％＝100部／15部、塗布量：300〜350ｇ/ｍ２ 、圧力118であった。
２Ｎ/㎝ 圧締時間：６０分で実施した。
幅継ぎ柾目接着の被着材面（繊維走向０°）の切削
面粗さを図３に示す。また、常態接着せん断強さ及び耐温水接着せん断強さの結果を図４に示す。
被着材面にひき跡（ツースマーク）の違いか見られたものの幅継ぎ柾目接着における水性高分子イソシア
ネート系接着剤での常態接着せん断強さでは､1,470N/㎝２ 前後の値を示し、日本工業規格(JIS)の木材接着剤の性能における酢酸ビニール樹脂エマルジョン接着剤
適合１種１号基準以上の性能を示した。
幅継ぎ柾目接着の常態接着せん断強さでは、超硬丸鋸の種類間と切削速度間で有意差が認められた。切削速度 7m/minのＢ鋸で1,666N/㎝２、木部破断率70%、Ａ切削速度 4m/min
切削速度 10m/min
鋸で1,568N/㎝２ 、木部破断率80%、程度の値を示
図１木口被着材面の切削肌した。切削速度 13m/minのA鋸で 1,470N/㎝２、木部（横挽 Ｃ鋸の切削肌）

切削速度 7m/min
切削速度 13m/min
図３柾目被着材面の切削肌（縦挽 Ｂ鋸の切削肌）

図４超硬丸鋸の種類と切削速度における
柾目被着材面の接着せん断強さ
破断率95%、Ｂ鋸で 1,274N/㎝２、木部破断率90%程度の値を示し、切削肌が粗い切削速度 10m/minにおけるせん断強さは減少を示したが、木部破断率では増加を示した。
耐温水試験接着せん断強さでは、超硬丸鋸の種類間で有意差が認められなかった。切削速度7m/minのＢ鋸で764N/㎝２、木部破断率 10%、Ａ鋸で715N/㎝２ 木部
破断率 20% 程度の値を示した。切削速度13m/ minのA鋸で 755N/㎝２、木部破断率 40% 、Ｂ鋸で588N/㎝２ 、木部破断率35% 程度の値を示した。切削肌が粗い切削速度13m/minにおけるＡ鋸で接着せん断強さと木部破断率は増加を示した。しかし、Ｂ鋸のせん断強さは大きく減少を示した。鋸のひき跡が何らかの影響したものと考えられる。幅継ぎ接着せん断強さにおける常態と耐温水の比較では、耐温水で約54%(切削速度7m/min)、約52%(切削速度 7m/min)を示した。
縦継ぎ木口接着面と幅継ぎ柾目接着面とのせん断強さ比較では、木口接着面の常態及び耐温水せん断強さ
で約 54%（平均値）の減少率を示した。その中で、横挽Ａ鋸が最も減少率が低い値を示した。

３.２. 改質剤の添加による性能比較
水性高分子イソシアネート系接着剤におけるエマル
ジョン改質剤（水性ウレタン樹脂）の添加により改質性能比較を行うため、被着材面を縦継ぎ木口接着の木
口面と木口面（繊維走向９０°）を用い、改質剤０％，５％，10％の３種類と水性高分子イソシアネート系接着剤の架橋剤を０％，15％の２種類による６種類の組
み合わせにおける常態及び耐温水接着せん断強さで性能を評価した。供試材は、朴の木の辺材及び心材とぶな材の木口面を用いた。接着条件は、塗布量：300〜350
ｇ/ｍ２ 、圧力118Ｎ/㎝２圧締時間：６０分で実施した。
水性高分子イソシアネート系接着剤の架橋剤添加とエマルジョン改質剤の添加による常態接着せん断強さの結果を図５に示す。また、耐温水接着せん断強さの結果を図６に示す。

図５改質剤の添加による常態接着せん断強さ

図６改質剤の添加による耐温水接着せん断強さ
常態接着せん断強における水性高分子イソシアネー
ト系接着剤架橋剤間では、15％添加により無添加の約２倍程度の735N/㎝２前後の値を示した。また、エマル
ジョン改質剤間では、架橋剤無添加で上昇傾向の値を示したが、架橋剤15％添加では変化が認められなかった。
耐温水接着せん断強さにおいては、架橋剤無添加で温水中で完全にはく離した。架橋剤15％添加では、
392N/㎝２前後の値を示し、朴の木辺材が最も低い値を示した。

本研究で採用したエマルジョン改質剤では、架橋剤
無添加で効果が得られた。架橋剤15%における改質剤
添加では効果が得られなかった。
3.3. 模様集成材による試作
模様集成材による試作
縦及び幅継ぎ接着せん断強さで最適条件の超硬丸鋸を用い、朴の木とぶな材によるアジロ模様集成材を製作し、アジロ模様お盆（３００φ）試作品の製作を行い、製品の狂いや接着層のはく離などについて検討した。

ジョン改質剤の添加では、架橋剤無添加で効果が得られた。しかし、架橋剤15%における改質剤添加では効果が得られなかった。
（２）幅継ぎ柾目接着（バットジョイント）の被着材
面加工方法では、超硬丸鋸チップ形状の種類と切削速度により接着せん断強さに影響し、Ｂ鋸で低速切削が最も効果的であった。
最後に本研究を遂行するにあたり、サンプルを提供していただいた第一工業製薬株式会社並びに試作品にご協力いただいた小椋昭次朗様に深く感謝いたします。
参考文献
１)

成田寿一郎

著：

木工機械工作便覧

発行所
２)

半井勇三

著：

木材の接着と接着剤

発行所
３)

菅野蓑作

小泉勝吉
発行所

写真１アジロ模様のお盆試作品（１）

写真１アジロ模様のお盆試作品（２）3. 結言
本研究では、各種超硬丸鋸による切削条件と水性高分子イソシアネート系接着剤へのエマルジョン改質剤の添加による常態及び耐温水接着せん断強さの評価試
験について検討した結果、（１）縦継ぎ木口接着（バットジョイント）の被着材
面加工方法では、超硬丸鋸チップ形状の種類により接着せん断強さに影響し、Ａ鋸が最も効果的であった。
また、水性高分子イソシアネート系接着剤へのエマル

理工学社、1971
森北出版株式会社、1967
著：

集成材

森北出版株式会社、1965

含漆 UV 塗料の薄膜塗装法の研究
Research of such coating method that makes the thin membraneby the UV coating material which urushi is included.

会津若松技術支援センター

須藤 靖典

出羽 重遠

含漆 UV 塗料の薄膜化を図るための塗装工法の確立を目指し、吹付け塗装とカーテンフロー
コーター塗装を想定しフィルムアプリケーターを使用した塗料の塗布と硬化塗膜の比較を行いました。その結果、カーテンフローコーター塗装を想定したフィルムアプリケーター塗装
では、塗装斑や紫外線を照射した際の硬化斑の発生がほとんどないことから、実用化に向け最適な塗装方法であることが裏付けされしかも、作業の効率化と製品の高品質化への目処が付いたと同時に、時代を反映した環境に優しい塗装工法として安全性、経済性が付加されました。
Key words : 漆、紫外線、光重合、アクリレート化合物、含漆ＵＶ樹脂塗料、カーテンフローコーター、
フィルムアプリケーター、バーコーダー、ドクターブレード

1. 研究の目的と背景される。

1.1塗料開発の経緯と問題点

1.2問題解決の手法と方向性

平成８年度から１０年度の３年間、産官共同研

吹付け塗装を使用した含漆 UV 塗料塗膜に発生究において漆の欠点とされる遅乾性、耐擦傷性のする柚子肌、斑を防止し平滑性(レベリング性)を改良化を目指し光重合硬化性含漆塗料(以下含漆 UV保持するための手段として、含漆 UV 塗料の改質

塗料とする)の開発を行ってきた。

化を図った。その際、塗料流体のレベリング性と一般に光重合性(250〜400nm)の化合物としては、肉持ち感には、表面張力と接触角が関与する（永分子中に二重結合を有するものが知られており、

瀬喜助、宮腰哲雄：塗装工学、vol.32、No.12、51

漆のフェノール性脂質（側鎖）もその範疇に入る

2(1997)）ことから接触角計（協和界面科学(株)社と推定される。しかし、漆には初期の酵素反応が製 C4-X200形式）を用い、ガラス板塗着直後と塗硬化に至る不可欠要素であり、酸素付加体になる

膜硬化後の空気に対する接触角を測定し数値化し誘導期間をいかにして短縮するかが問題となった。

た。(平成９年度福島県ハイテクプラザ研究報告)

そこで、ＵＶ硬化(Ultra violet curing)に有効な既その際の添加剤の種類は表-１に示す４種を用いて、存のアクリレート化合物を混合することによって改質効果の試験を行った。

解決方法を考えた。その結果、漆と相溶性が良く

表‑１ 添加剤の種類と内容
添加剤の種類
内容系
統ＵＶシンナー 含漆2-8型塗料専用ｼﾝﾅｰ
芳香族系炭化水素
酢酸ブチル
中沸点溶剤(125℃)
ｴｽﾃﾙ系溶剤
界面活性剤
ノニルフェノール
非ｲｵﾝ系界面活性剤
レベリング剤 高沸点溶剤とｼﾘｺﾝ樹脂の混合物
ｹﾄﾝ､ｴｽﾃﾙ系

硬化状況も良好なアクリルアクリレート化合物を使用し、配合比率を漆２：アクリルアクリレート
化合物８、漆８：アクリルアクリレート化合物２の含漆 UV 塗料の開発に成功した。
その性能は、当初の開発目標であった漆の欠点を補うに充分な性能を有しており、その活用範囲

その結果、溶剤及び表面張力剤、レベリング剤の３種を調合した含漆 UV 塗料は、肉持ち感、レも住宅内装部材を始めとし広範囲な活用が期待さ

ベリング性及び、塗肌も美しく、添加剤の効果がれている。しかし、含漆 UV 塗料の塗装方法は従著しく現れていると判断されたが、これらの改質

来の吹付け塗装方法を使用しているため硬化した塗膜に柚子肌(凹凸)、斑などが発生しやすく実用

結果は、気温・湿度の安定したある特定の季節のみに適合するものであり、実用化を目的とし年間化を図るためには、速やかに平滑性、肉持ち感、を通じて作業を行う目的で開発した含漆UV塗装に

しっとり感を表現できる塗装方法の検討が必要とは満足のゆく改質結果とは判断できないことから、

膜厚を均等に塗布できさらには、凹凸が発生しに

表‑2 塗膜試験条件表

くく、研磨と艶上げが容易な塗装方法としてカー● 塗料の種類(素黒目漆配合)含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)テンフローコーター塗装機に着目した。

２. 研究の展開と実験
2.1研究の方向性
カーテンフローコーター塗装機の塗装方式は、カーテン状の一定した塗膜を落下させ、その下をコンベアーが通過し被塗物に塗料を付着させる塗装工法である。(図-1)

図‑1 カーテンフローコーター略図

そのため、平面的な形状を有した被塗物を塗装する場合や流れ作業を行う際には、その性能を充分に発揮できる装置である。この塗装工法を含漆
UV 塗料の塗装に応用すべく本研究では、カーテ● 塗料粘度調整条件
アネスト岩田 NK-2型粘度カップ使用
落下時間： 標準 ｳﾚﾀﾝ塗料 40〜50sec
1.2mm 吹付塗装ノズル口径対応(素黒目漆配合)含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)50〜55sec(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)50〜55sec(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)50〜55sec
比較塗料 漆
60sec● 紫外線照射光量
コンベアースピード
2.5m/min
積算光量942mj/cm2 ピーク90mw/cm2● 塗膜形成条件○フィルムアプリケーター(76μ m)使用
(素黒目漆配合)含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)1回目23〜30μ m
重ね塗り(2回目)70μ m(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)1回目25〜29μ m
重ね塗り(2回目)60μ m(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)1回目23〜25μ m
重ね塗り(2回目)50μ m○吹付け塗装機使用(口径0.8m)(素黒目漆配合)含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)30〜39μ m(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)30〜36μ m(酵素重合漆配合)含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)44〜49μ m● 塗膜評価試験法及び評価装置○ 実験１ 反射映像法による塗膜凹凸評価
装置： スポットライト、目視評価○ 実験２ 摩耗試験
装置： SUGA 摩耗試験機(NUS-ISO-3型)
光沢計 60゜光沢値測定評価
NIPPON DENSHOKU PG-1 M

ンフローコーターと仕上がり感が類似するフィル
ムアプリケーターを使い基礎的研究と位置づけし、○吹付け塗装塗膜

含漆 UV 塗料の被膜を形成させ、その塗膜の硬化性と平滑性、風合いを検討することとした。
2.2実験
実験に際しては、吹付け塗装とフィルムアプリ
ケター(図-2)を使用した２工法の硬化塗膜肌を反

含漆 UV
ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ

含漆 UV
ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ

含漆 UV
ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ黒○フィルムアプリケーター塗膜

射映像法と摩耗試験機を使用し、光沢値による耐擦傷性の比較を行うこととし、表-2に示す実験条
件で実施した。
含漆 UV
ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ

含漆 UV
ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ

含漆 UV
ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ黒図‑3 吹付け塗装塗膜とフィルムア
プリケーター塗膜の比較図

2.3実験結果

2.3.1反射映像法
反射映像法の実験方法は、含漆 UV 塗料を吹付
け塗装及びフィルムアプリケーターを使い、硬化した塗膜面へ垂直方向よりランプ(白熱電球)光を照射させ、そのランプ映像の反射により塗膜の凹
図‑2 フィルムアプリケーター(76μm)

凸、レベリングが目視できることから、その塗膜

面を碁盤目状(100) に区切り乱反射している部分

一方、フィルムアプリケーターを使用した塗膜は、を数えその残存率を光沢値(%)として表すこととゴミを絡ませてしまい塗膜上に確認されるものの、した。その基準をもとに、上記塗料条件で硬化し含漆 UV 2/8型アクリルアクリレート変性塗膜を除た各含漆 UV 塗料の塗膜肌は図-3の通りとなり目きレベリング性がよくランプの反射映像が確認さ

視判定を行った。

れた。特に、含漆 UV 2/8型エポキシアクリレート

吹付け塗装肌はスポットライト(ランプ光)が照変性(透)は良好な塗膜を得ることができたことは、射されたことで、より凹凸が現れた。特に含漆 U

明らかに塗装工法の違いから生じる効果と推測さ

V 2/8型アクリルアクリレート変性塗料(透)塗膜にれる。

於いてはランプの反射映像が確認できなかった。
表‑3 反射映像による凹凸の比較(%)
吹付け塗装
乱反射率(%)

フィルムアプリケーター

光沢度(%)

乱反射率(%)

光沢度(%)

透

100

0

45

55

含漆(酵素重合漆)UV2/8型エポキシアクリレート変性塗料 透

80

20

10

90

含漆(酵素重合漆)UV2/8型エポキシアクリレート変性塗料 黒

70

30

40

60

含漆(素黒目漆)UV2/8型アクリルアクリレート変性塗料

2.3.2摩耗試験を踏まえ、摩耗試験では耐水ペーパー#1200と麻布

反射映像法による目視判定で、フィルムアプリを使い塗装工法の違いによる、塗膜硬度と耐研磨

ケーターによる含漆 UV 塗膜の光沢度が吹付け塗性の実験を行った。その結果、下記表-4,5の通り

装塗膜よりも良好であるとの結果が得られたことの結果が得られた。

表‑4

吹付け塗装面の摩耗試験結果表

研磨材の種類
吹付け塗装塗料
素黒目漆配合含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)酵素重合漆配合含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)酵素重合漆配合含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)#1200耐水ﾍﾟｰﾊﾟｰ (200ds)
研磨前
研磨後

研磨材の種類
フィルムアプリケーター
素黒目漆配合含漆 UV2/8型ｱｸﾘﾙｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)酵素重合漆配合含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(透)酵素重合漆配合含漆 UV2/8型ｴﾎﾟｷｼｱｸﾘﾚｰﾄ変性塗料(黒)#1200耐水ﾍﾟｰﾊﾟｰ (200ds)
研磨前
研磨後

増減率
(%)

麻 布(200ds)
研磨前
研磨後

増減率
(%)

93.4
74.2
71.6

116.5
110
109.6

+ 24.7
+ 48
+ 53

増減率
(%)

麻 布(200ds)
研磨前
研磨後

増減率
(%)

- 73.5- 73- 59.2

95.6
65.1
70.8

+ 44.7+ 65.8+ 62.4

94.8
25.3- 62.5
73.4
20.1- 63.5
69.8
18.2- 61.6表‑5 フィルムアプリケーター塗装面の摩耗試験結果表

94.2
69.4
72.8

12.8
9.5
12.3

138.4
108
115

耐水ペーパー#1200を使用した摩耗試験では、吹ルムアプリケーターを使用した塗膜は、吹付け塗付け塗装機を使用したことで、凹凸が生じている装を行った塗膜よりもその増加率が高く、塗膜が含漆 UV 塗膜の光沢がフィルムアプリケーターを均一に形成されていることから生じる摩擦によっ使用した塗膜よりも残存率(%)が高かった。このて鏡面に近い状況になったものと推測される。こ

結果は、凹凸面に対して耐水ペーパーが均等に当の結果は、実用化段階で含漆 UV 塗膜の艶上げ(ポたらず、研磨斑が生じていることが推測され、さリッシング作業)を行うことを想定すれば良好な結らにはフィルムアプリケーターに比べ薄膜であっ果と思われる。

たことから、紫外線による硬化が進行したものと思われる。
一方、麻布を使用した摩耗試験ではいずれの塗料塗膜も光沢値(%)が上昇している。特に、フィ

３.今後の展開と問題点及び解決法
3.1効果
カーテンフローコーターと仕上がり感が類似するフィルムアプリケーターを使用して、含漆 UV布することができしかも、紫外線の透過性、塗膜

塗料を一定膜厚に形成しその後、紫外線を照射し硬度は一定になるものと推測される。しかし、今て硬化させた塗装肌は反射映像法による目視判断

回は20μ m 程度を目安として含漆 UV 塗を塗布すにおいて、吹付け塗装塗肌と異なり綺麗にライトることとしたが、使用した含漆 UV 塗料は、吹付

光の映像が反射されている結果となった。また、け塗装用に粘度調整されさらには、樹脂分の他、摩耗試験では塗膜が均一に塗布されていることか

揮発性有機溶剤や重合禁止剤、レベリング剤、界ら光沢値は吹付け塗装塗肌よりも低い結果となっ

面活性剤など様々な組成成分で構成されため塗料たが、麻布においては逆にその光沢値が高く著しを塗布した直後と有機溶剤が揮発した硬化塗膜でく異なる結果となった。この結果を踏まえ、総合は膜厚に大きく差が生じる結果となり塗り重ねを的に判断すると含漆 UV 塗料を使用した塗装方法

行ったことで含漆 UV2/8型アクリアクリレート変としては、吹付け塗装よりもフローコーター塗装

性塗料を塗布する際には大きな引き斑が生じてし機を使用した塗装が適していると思われる。そのまった。そのため揮発性有機溶剤を塗料から削除期待される効果としては下記のような項目が上げ

もしくは、極力微量化し樹脂分の比率を高くするられる。

ことで、塗料塗布後と硬化後の塗膜厚に大きく差① 塗着効率の向上② 塗装斑の防止が生じないようにするためのハイソリッド化への③ 塗膜硬度の均一化④ 経済性

改質が必要となる。ハイソリッド化は塗料業界に⑤ 生産性の向上⑥ 品質の向上

於いても、環境対策を重視した取り組み事項とし⑦ 環境への配慮て最優先に行われている開発項目であり、含漆 U

3.2工法上の問題点とその解決法

V 塗料に於いてもその例外ではない。

3.2.1立体物への塗装

3.3実用化に向けて

平面的な被塗物に含漆 UV 塗料を塗布する際の含漆 UV 塗料を使用した製品開発は日々継続さ塗装工法としてカーテンフローコーターは最適でれているが、ハイソリッド化への改質とカーテンあると思われるが、含漆 UV 塗料を活用した製品

フローコーター塗装機による塗装工法が確立されが形状に左右されることは、活用の機会を狭める

ればさらに、製品開発が広範囲に展開できること結果となる。特に、立体物への塗装は吹付け塗装が予測される。特に住宅内装部材の中でも、長尺に於いても、塗料のダレや溜まりなどの不良塗装

物(床柱・襖の枠・天井材)の製品や風合いを求めに繋がる問題となることから、カーテンフローコ

る装飾的機能を有する内装部材、製品塗膜に凹凸ーターでは立体物への塗装方法としては片面づつや斑を生じさせては商品価値が低下するすべてのの塗装法(図-4)で対応していくことが必要となる。

物に対して、最適な塗装システムと思われること
から、平成12年度内でのハイソリッド化への改質とその塗装工法の確立を目指し実用化を図ってい
く予定でいる。

引用文献
図‑4

片面塗装法のイメージ図

3.2.2塗料の改良化

１）須藤靖典・出羽重遠：平成10年度産官共同研
究開発事業研究成果報告書

本研究のテーマである「含漆 UV 塗料の薄膜塗「光重合硬化性含漆塗料の開発とその応用研究」

装法の研究」では、フィルムアプリケーターを使

福島県ハイテクプラザ会津若松技術支援センタ

用することで数μ m から数十μ m までの膜厚を塗ー(1999)  中小企業向けメンテナンスフリーサーバの構築
The construction of the maintenance-free server for the small and medium enterprise.
応用技術部 平山和弘

尾形直秀

高樋 昌

本田修啓

企業内ネットワークの管理に人員及び資金をかけることが出来ない中小企業向けに、出来るだけメンテナンスが不要となるようなインターネットサーバの構築実験を行った。
その結果、中小規模のネットワークに適したメンテナンスフリーサーバとしての基本となる型のサーバを構築することができた。今後は得られた技術及び知識を企業のネットワーク
サーバ運用技術の指導に役立てていく予定である。
Key words:メンテナンスフリー、ネットワーク、サーバ、中小企業

１．緒言
近年、県内の中小企業における LAN はもちろんインターネットへの接続を行うネットワーク

Gatewayの普及は目覚しいものがある。しかし、それに伴(DNS,Mail,Web,FTP,telnet)ってネットワークを経由してサーバに攻撃を仕掛けるアタックが大変多くなり、またその攻撃手
段や攻撃目標となるセキュリティホールは日進
月歩で新しいものが開発、発掘されてきているのが現状である。それゆえ企業内ネットワークのサ

図 1 既存のネットワーク構成

ーバ管理は基本的なサービスの維持だけではな
く、そのようなアタックに対する防御や対策で大変な労力が必要となっている。
しかしながら、情報の交換、収集や商取引への必要性から企業でネットワークを導入してはいるものの、ネットワーク管理に人をさけない、あるいはネットワーク管理を外部に委託する資金がない、などの理由で十分に管理されてないのが中小企業の実状である。
そこで、セキュリティ的に堅牢でハードウェア
トラブルにもある程度早急に対応でき、また日々のメンテナンスからできるだけ開放されるようこのネットワークからメンテナンスが不要なサーバを構成する場合においても、企業が利用するイ
ンターネットサービスに必要な機能を削除する訳にはいかない。しかし、セキュリティの観点から FTPや Web、telnet などのサービスは好ましくない。そこで図 1 のような構成であった既存ネットワークを、機能を維持しながらメンテナンスフリー化を行うために、基本となるメンテナンスフリーサーバを設置
し Mail、DNS などを行ったうえで、Web と FTP
サービスを行うサーバを別途設置することとした。
（図 2）な、いわゆるメンテナンスフリーで稼動できるサーバの基本形及びその技術を企業に提供すべく
メンテナンスフリーサーバの構築実験を行った。

FirewallFirewall(DNS,Mail)(DNS,Mail)

WWW(Web,FTP)

２．ネットワークの基本構成
今回は新規にネットワークを施設したのではな
く、すでに設置してある既存のネットワークに対してメンテナンスフリー化を行った。既に設置してあるネットワーク構成を図 1 に示す。

図 2 更新したネットワーク構成

以上のような構成を元に、今回のメンテナンスフたサーバではあるが、今回は実験を兼ねた構築であリーサーバは、Firewall サーバの構築を基本としてるため、サーバの企業への設置後における稼動状況

専属管理者不在の状況においても数年は連続稼動がの確認テストを行った。

可能であることを目指した。

サーバのチェックには tripwire と言うファイル
検査ツールを使用した。tripwire はファイルの書き

３．サーバの設定

換えを監視するツールであり、そのチェックにより各サーバの設定はセキュリティを向上させる関侵入者によるファイル改竄の有無を調べることが可係から、実行させるサービスの数を必要最小限に留能である。また今回は tripwire を一定時間毎に自動めること、そして実行するサービスもセキュリティ実行させることで、サーバ全体の正常稼動の確認とに強いものを使用することを基本とした。それによしても利用した。その結果、サーバ設置後約 3 ヶ月

りサービスを行うアプリケーションの変更(Mail 等)

経った現在までの期間において、特にトラブルが発または最新版への入れ換え(DNS 等)を行った。また、生しなかったことはもちろん、tripwire からのチェ

Firewall サーバ側にはバックアップなどの作業をックには異常は見られず、サーバの正常稼動を確認排除するために、最近安価になってきた IDE 接続のすることが出来た。

ドライブによる RAID システムも導入し、また停電時や雷などによるサージ対策のために UPS システ
ムも導入した。
以下にサーバの構成及び変更した主なサービス
を示す。

５．結言
今回は中小企業向けに、ネットワークサーバ管理の極力省力化を目指してメンテナンスフリーサーバの構築を行った。結果セキュリティが向上し、かつバックアップ等のメンテナンスも不要なサーバを商○Firewall サーバの構成・ OS
Ø Linux
kernel-2.2.13
・ サービスØ DNSbind-8.2.2Pl5
Ø Mail(POPPER) qｍail-1.03
Ø Web Proxysquid-2.2STABLE4
Ø SecureShell
ssh-1.2.27
・ フィルタリングØ packetipchains-1.3.8
Ø application
ucspi-tcp-0.84
・ RAID システム
Ø ハードウェア RAID システム
Ø IDE ハードディスク用 RAID１
・ UPS システム
Ø 電源管理genpowerd-1.0.1○変更した主なサービス
・ inetd→ tcpserver(ucspi-tcp)
・ telnet→ ssh(今後停止予定)
・ bind→ バージョンアップ
・ sendmail→ qmail(tcpserver 経由)
・ qppper→ qmail(tcpserver 経由)
・ ftpd、login、shell→ 停止
・ linuxconf → 停止

４．稼動状況
構築したサーバはメンテナンスフリーを目指し用の専用サーバ機と比較して安価に構成することができた。
もちろん今回作製したサーバが今後一切のメンテナンスが不要であるとは考え難いが、選出したセキュリティの高いサービス群に大きなセキュリティ
ホールが出ないかぎり、当面は無人で運用可能なサーバであると思われる。今後は、得られた技術及び情報を県内企業のネットワークの普及およびサーバ
構築運用技術の指導に役立てていく予定である。
参考文献
1) bind：Internet Software Consortium - BIND
http://www.isc.org/products/BIND/
2) qmail：the qmail home page
http://cr.yp.to/qmail.html
http://www.jp.qmail.org/index.html
3) squid：Squid Web Proxy Cache
http://www.squid-cache.org/
4) ssh：SSH Secure Shell
http://www.ssh.org/
5) ipchains：IP Firewalling Chains.
http://www.rustcorp.com/linux/ipchains/
6) tcpserver：ucspi-tcp home page
http://cr.yp.to/ucspi-tcp.html
7) tripwire：Tripwire Security Systems inc.
http://www.tripwire.com/