第 87 回

研究・成果発表会

講 演 要 旨 集2024 年 7 月 17 日

第 87 回

研究・成果発表会要旨集

目次――― 口頭発表 ―――

ページ

1．山形県産酒粕パウダー開発と特性評価

1【令和 4 年度山形県ものづくり企業技術開発支援共同研究事業】
工業技術センター〇

食品醸造技術部長俊広

米鶴酒造株式会社

矢崎智一

2．醸造環境由来微生物を活用した発酵方法の開発

3【令和 3～5 年度やまがた発酵食品開発支援事業】
工業技術センター○

食品醸造技術部

対馬里美

長谷川悠太

下川浩太

工藤晋平

3．山形県内清酒製造場から分離した酵母の遺伝子解析

5【令和 5 年度高度技術者育成支援事業】
工業技術センター○

食品醸造技術部

下川浩太

4．ブラシ加工によるピーニング処理技術の開発

7【令和 3～5 年度自動車キーテクノロジー支援研究開発事業（令和 4 年度 JKA 補助事業）】
工業技術センター

庄内試験場

○

機電技術部

荘司彰人

5．PDMS 膜を用いたトライボ発電デバイスの開発【令和 3～5 年度

9

環境・エネルギー関連技術研究開発事業】
工業技術センター

庄内試験場

機電技術部

○

岩松新之輔

6．ダイヤモンド微粒子の表面処理技術の探索と分散性評価～高放熱材料開発に向けた研究～【令和 5 年度

11

若手チャレンジ研究事業】
工業技術センター

庄内試験場

機電技術部

○

松田裕史

7．早生樹等の国産未活用広葉樹材を家具・内装材として利用拡大するための技術開発

13－塗装・接着特性の検証－【令和 4～6 年度 生物系特定産業技術研究支援センターイノベーション創出強化研究推進事業】

工業技術センター

化学材料表面技術部

○

江部憲一

滝口寿郎

連携支援部企業支援室生産性向上科

今野俊介

精密機械金属技術部

熊倉和之

村岡潤一

8．デザイン経営で次の一手を考える実践型勉強会

15【令和 3～5 年度デザイン思考イノベーション創出事業】
工業技術センター〇

連携支援部企業支援室デザイン科

大場智博

月本久美子

木川喜裕

連携支援部企業支援部生産性向上科

三井俊明

化学材料表面技術部

江部憲一

9．産業創造に向けたデザイン思考の活用(研修報告)17【令和 5 年度産業創造リーダー育成研修事業】
工業技術センター〇

連携支援部企業支援室デザイン科

木川喜裕

10．ゼロエミッションを目指した半芳香族ポリアミド樹脂の成形技術に関する研究19【令和 3～5 年度環境・エネルギー関連技術研究開発事業】○

工業技術センター 化学材料表面技術部

後藤喜一

置賜試験場

高橋翔平

泉妻孝迪

特産技術部

数馬杏子

11．エンドミル加工時の“びびり振動”低減を目的とした振動解析システムの活用21【令和 5 年度トライアル共同研究】
株式会社後藤精機○

大串康敬

工業技術センター

田中達也

鈴木和仁
○

精密機械金属技術部

庄内試験場

金田亮

○

機電技術部

齊藤寛史

12．チタン合金の高能率研削加工技術及び工具の開発

23【令和 3～5 年度自動車キーテクノロジー支援研究開発事業】
工業技術センター

精密機械金属技術部

○

村岡潤一

置賜試験場

佐藤貴仁

特産技術部

村上周平

大津加慎教

連携支援部企業支援室生産性向上科

齊藤梓

化学材料表面技術部

櫻井孝之

産業技術イノベーション課

一刀弘真

電動モビリティシステム専門職大学

五十嵐渉

山形県産業労働部

13．超短パルスレーザによる cBN 工具の刃先成形(研修報告)25【令和 5 年度高度技術者育成支援事業】
工業技術センター

精密機械金属技術部

○

佐々木雄悟

14．デジタル工作機による治具・ロボットハンド作製の効率化

27【令和 3～5 年度ロボット応用システム開発事業】
工業技術センター

連携支援部企業支援室生産性向上科
山形県産業労働部

○

齊藤梓

今野俊介

高野秀昭

連携支援部企業支援室

多田伸吾

産業技術イノベーション課

一刀弘真

山形県産酒粕パウダー開発と特性評価【令和 4 年度山形県ものづくり企業技術開発支援共同研究事業】
工業技術センター

食品醸造技術部

米鶴酒造株式会社

1

緒

〇

長俊広

矢崎智一

言

平成 30 年度から令和 2 年度にかけて「山形県産酒粕の特性を活用した新規食品開発」事業を実施
し，山形県産酒粕の成分分析，酒粕のパウダー化，酒粕パウダーを活用した菓子試作などを行った
1)。本事業で実施した酒粕パウダー化技術を活用し，米鶴酒造株式会社と「酒粕パウダー」の商品化を目指し共同研究を実施した。本報告では，共同研究事業で取り組んだ試験内容および商品化に向けた取り組み事例を紹介する。

2

実験方法
2.1

原材料

試験では米鶴酒造株式会社の酒粕および原料米を用いた。
2.2

酒粕乾燥条件の検討

プラスチックトレーにクッキングシートを敷き，荒く砕いた酒粕約 8kg を並べ，電気送風乾燥機（DSJ-20-3，静岡製機社製）で各種温度帯（30℃，40℃，50℃，60℃）にて 4 日間乾燥した。1 日おきに酒粕約 2kg 回収し，得られた酒粕乾燥物を小型粉砕機（コナッピー，ラボネクト社製）で 30 秒
間粉砕し，粒度分布測定を行った。
2.3

酒粕乾燥物の粉砕条件の検討

酒粕約 20kg を 40℃，4 日間乾燥し，酒粕乾燥物を取得した。得られた酒粕乾燥物は，マスコロイ
ダーを用いて各種砥石（クラッシュカッター，ハンマー，チョップカッター）で一次粉砕した。取得した一次粉砕物は粒度分布測定を行い評価した。次に，一次粉砕物をグラインダー砥石装着のマ
スコロイダーで二次粉砕した。取得した二次次粉砕物は粒度分布測定を行い評価した。
得られた乾燥・粉砕条件をもとに米鶴酒造株式会社でパウダー化試験を実施した。
2.4
2.4.1

各種分析方法
粒度分布測定酒粕粉砕物約 100g をステンレスふるい 6 段（φ400×100mm，目開き 500μm，250μm，100μm，75μm，53μm，25μm）の上段に投入し，一定速度で 1 分間攪拌し，各ふるいに残存した酒粕乾燥物の重量測定を行った。
2.4.2

一般成分分析

一般成分分析は，日本食品標準成分表 2015 年度版（七訂）分析マニュアル 2)に従い分析を行った。
水分は常圧加熱乾燥法（135℃，1 時間），灰分は直接灰化法（550℃），たんぱく質は燃焼法（デュマ法），脂質は酸分解法，炭水化物は差し引きにより計測した。
2.4.3

レジスタントプロテイン分析

プロスキー法を改変した食物繊維測定キット（富士フイルム和光純薬製）を用いて行った。サン
プル約 0.5g に，50mmol/L MES-TRIS 緩衝液 50mL，熱安定 α-アミラーゼ溶液 0.1mL 加え，沸騰水浴
中で約 5 分おきに撹拌しながら 30 分間加熱した。加熱後，蒸留水 5mL を加え，約 60℃まで冷却後，プロテアーゼ溶液 0.1mL，アミログルコシダーゼ溶液 0.1mL を加え，60℃の水浴中で撹拌しながら
30 分間加熱した。加熱終了後，液量の 4 倍量の 95％エタノールを加え，室温で 1 時間静置した。予め珪藻土を入れ，78%エタノールで洗浄しておいたガラスフィルターを用いて吸引濾過し，濾過残渣を 78%エタノール 20mL で 3 回，95%エタノール 20mL で 2 回，アセトン 10mL で 2 回洗浄した。

－1－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

濾過残渣を 100℃，3 時間乾燥させた後，たんぱく質量を燃焼法にて定量し，得られた値をレジスタ
ントプロテイン量とした。

3

実験結果および考察
3.1

酒粕乾燥条件の検討

乾燥温度が低く，乾燥時間が短いほど 500μm 以上の粒度分布が大きくなり，パウダー化しにくい傾向であった。短時間で酒粕をパウダー化するには乾燥温度を高くする必要があると考えられた。
酒粕粉砕物の粒度分布測定の結果および作業時間から，50℃，2 日以上又は，60℃，1 日以上を酒粕の乾燥条件と決定した。
3.2

酒粕乾燥物の粉砕条件の検討

酒粕乾燥物一次粉砕物の粒度分布測定結果では，いずれの試験区も 500μm 以上の粒度分布が最も大きく，一次粉砕後のパウダーは粗い粉状態であった。使用した砥石の中ではクラッシュカッター
が他の試験区と比べて 100-500μm の粒度分布が大きい結果となった。二次粉砕物の粒度分布測定結果では，いずれの試験区も 100-250μm の粒度分布が大きくなり，二次粉砕処理することで，きめ細かいパウダー状態となった。クラッシュカッター処理した試験区は，他の試験区と比べて 250-500μmの粒度分布が小さく，100-250μm の粒度分布が大きい結果であった。
3.3

原料米および酒粕パウダーの成分分析

酒粕パウダーは生の酒粕と比べてたんぱく質含有量が約 20g/100g と高く，水分が低かったため，乾燥により成分が濃縮したと考えられた。また，酒粕パウダーのたんぱく質の約 40%がレジスタン
トプロテインであり，酒粕を乾燥・パウダー化しても難消化性たんぱく質が残存する可能性が示唆された。原料米に含まれるたんぱく質の約 60%が難消化性たんぱく質であるレジ
スタントプロテインであることから，原料米に含まれているたんぱく質は酵素によって分解しにくく，酒粕に残存する可能性が示された。
3.4

製造現場での酒粕パウダーの試作

ラボスケールで検討した酒粕パウダー製造条件をもとに，製造現場で酒粕パウダーの試作を行ったところ，図 1 のような酒粕パウダーを試作することができた。

4

結

図1

酒粕パウダー試作品

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
・酒粕を乾燥後，一次粉砕でクラッシュカッター処理し，二次粉砕でグラインダー処理した試験区
は 100-250μm の粒度分布が大きくなり，きめ細かいパウダーとなった。
・酒粕パウダーには約 20g/100g のたんぱく質が含有しており，その約 40%が難消化性たんぱく質であるレジスタントプロテインであることが分かった。
・ラボスケールで検討した酒粕パウダー製造条件をもとに，製造現場で酒粕パウダーを試作することができた。

文献1)

長俊広，城祥子，野内義之，菅原哲也，山形県工業技術センター報告, No.53，30-37(2021)

2)

日本食品標準成分表 2015 年度版（七訂）分析マニュアル・解説，文部科学省科学・学術政策局政策課資源室監修，p1-40－2－醸造環境由来微生物を活用した発酵方法の開発【令和 3～5 年度やまがた発酵食品開発支援事業】
工業技術センター

1

緒

食品醸造技術部

○

対馬里美

長谷川悠太

下川浩太

工藤晋平

言

近年，清酒では蔵付き酵母，ワインでは野生酵母を利用し，独自性を出す酒造メーカーが増えてきており，県内メーカーからも蔵付き酵母取得などの要望を受けていた。また，清酒製造においては，製造場内の乳酸菌を利用した生酛造りがあるが，環境中の微生物に依存するため，製造が不安
定になるという課題を抱えている。本研究では，MALDI-TOFMS を使用し，生酛系酒母に関する微生物調査を行うとともに，短期間での蔵付き酵母及び野生酵母の分離・選抜を行い，発酵試験を行ったので報告する。

2

実験方法
2.1

生酛系酒母からの乳酸菌分離及び簡易同定

県内の酒造会社 3 社より，生酛系酒母 5 本からのサンプリングを行い試験に供した。初めに酒母サンプルを 10mL 滅菌水に溶解し，サンプル液とした。アジ化ナトリウム（10μg/mL），シクロヘキ
シミド（10μg/mL）を添加した MRS 培地 900μL にサンプル液 100μL を加え，35℃で 24h 培養した。
104-6 倍に希釈した培養液を BCP 加プレートカウント培地にて 35℃で 48h 混釈培養し，黄色のハローが生じたコロニーを釣菌した。分離した乳酸菌は，MALDI Biotyper® (Bruker 社製)にて菌種同定
を行った。
2.2

ワイン用ブドウの野生酵母及びその利用

県内ワイナリーの果汁及びもろみよりサンプリングを行い，試験に供した。103-7 倍に希釈したサンプルを YPD 平板培地にて 25℃で 24-48h 培養し，生じたコロニーをシングルコロニー化した後，
MALDI Biotyper®にて菌種同定を行った。
分離した野生酵母のうち，non－Saccharomyces 酵母を使用した混合発酵試験を行った。培養した分離株をブドウ果汁に接種，果汁の比重が 0.01 減少後に，ワイン市販酵母（ICV-OPALETM）を添加し，発酵させた。発酵終了後，滓引きし，国税庁所定分析法に従い，一般成分分析と有機酸分析(HPLC，Waters 社 e2695)を行った。
2.3

蔵付き酵母の分離及びアルコール発酵能の評価

県内酒造会社の製造現場からふき取り法によりサンプルを採取し，試験に供した。サンプルを
YPD 液体培地で培養後，RE 液体培地 1)で集積培養を行った。その後，YPD 平板培地にてコロニー化を行い，MALDI Biotyper®にて菌種同定し，Saccharomyces cerevisiae を分離した。
次に，分離した酵母を用いて総米 100g の小仕込み試験を行い，アルコール発酵能及び醸造特性を調べた。掛米は精米歩合 40%の雪女神 80g，麹米は酒造用乾燥麹 1-70A（徳島製麹社製）20g，仕込
み水は RO 水 140 mL，乳酸 0.1 mL を使用し，一段仕込みを行った。酵母は，各分離酵母及び対照区としてきょうかい 1801 号（K1801）と山形県清酒酵母 NF-KA を使用し，発酵温度は恒温槽内にて 15℃一定とした。発酵経過は重量変化によって観測し，アルコール濃度 17%を目標に，遠心分離にて上槽を行った。得られた清酒について，一般成分分析，香気成分分析（HSGC, Agilent 社製
7890A），および有機酸分析を行った。

3

実験結果および考察
3.1 生酛系酒母からの乳酸菌分離及び簡易同定
3 社より分離した乳酸菌を表 1 に示す。A 社からは 2 種類の乳酸菌が分離され，球菌と桿菌が確－3－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

認できた。また，B 社の酒母①と酒母②から異なる種

表1類の乳酸菌が確認され，同じ蔵でも仕込み時期などのA 社 酒母① Leuconostoc mesenteroides（球菌）

醸造環境の違いにより，優占する菌種が異なる可能性

Lactobacillus plantarum （桿菌）が示唆された。
3.2

分離した乳酸菌の簡易同定結果

B 社 酒母① Lactobacillus paracasei （桿菌）
酒母② Leuconostoc mesenteroides（球菌）

ブドウ果汁の野生酵母分離及び簡易同定

Leuconostoc citreum （球菌）

分離した野生酵母の一部を表 2 に示す。果汁の分析結果から，ブドウに多く付着している

表2とみられている，Pichia 属，Hanseniaspra

分離した野生酵母の簡易同定結果 (一部抜粋 )属などが，同定された。その中で酵母として約 20 種同定されたが，本試験では市販実績がある Metschnikowia pulcherrimaを使用し，混合発酵試験を行った（表 3）。
※MBA:マスカット・ベーリーA，CH；シャルドネ

発酵日数は，混合発酵が市販酵母のみより長くなったが，オフフレーバーである

表3

酢酸は減少した。これらは，複数の酵母混合発酵試験の成分分析結果

使用酵母

発酵
日数

pH

酸度
(mL)

Alc
(％)

酢酸
(mg/L)

ードが抑えられ，酢酸の生成が抑制され市販酵母のみ

10

3.3

7.4

11.7

329.5

たものと推察された。

分離＋市販酵母

12

3.6

8.6

11.8

140.5

が存在することにより，酵母の増殖スピ

3.3

蔵付き酵母の分離及び簡易同定

県内酒造会社 23 社から合計 168 本のサンプルを採取した。分離したコロニーを MALDI Biotyper®
にて簡易同定したところ，22 株が Saccharomyces cerevisiae と判定された。
分離株を用いた発酵能試験結果を表 4 に示す。蔵付き酵母は，一部を除き，対照酵母と同程度の発酵力があると示された。吟醸香の主成分である，酢酸イソアミル，カプロン酸エチル生成量が多い株もあり，これらの株は，フルーティーな香りの酒質が期待できる。
本結果を分離源の各社に報告し，希望した 2 社と更なる共同研究を行い，醸造特性について詳細な検討を行った 2)。使用した株

表4に つ い て は ， IR-Biotyper

分離酵母の小仕込み試験の分析結果(一部抜粋)

酵母

発酵
日数

Alc
(%)

日本
酒度

酸度
(mL)

アミノ
酸度
(mL)

カプロン
酸エチル
(mg/L)

酢酸イソ
アミル(mg/L)

リンゴ酸(mg/L)

使用していた酵母と比較し相

NF-KA

16

17.6

-4

3.1

1.6

1.5

5.0

198.6

同性が低いこと，キラー性がな

K1801

18

17.3

-9.6

2.9

1.9

7.9

4.3

201.6

いことを確認している。そのう

蔵付 2

14

17.3

-6.4

2.9

1.2

4.6

4.2

218.9

ち，1 社の分離株を実用化し，

蔵付 3

22

16.9

-8.6

3.2

1.7

1.5

4.8

192.3

R6 年より製品が販売されてい

蔵付 4

18

18.2

2.2

3.3

1.4

1.2

4.2

353.4

蔵付 9

18

17.5

-3.6

3.3

1.2

2.2

15.4

457.5

（Bruker 社製）により蔵で従来

る。

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) MALDI-TOFMS を用いた生酛系酒母からの乳酸菌の分離方法，簡易同定方法を確立した。
2) 混合発酵によりワインのオフフレーバーの低減を確認した。
3) 清酒製造現場より蔵付き酵母を分離し，発酵能を確認した。

文

献1) Sampaio, J.P. & Goncalves, P. Appl. Environ. Microbiol., 74, 2144-2152(2008).
2) 下川，長谷川，工藤，奥山，大比良，神，山形県工業技術センター報告 55, 34-36(2023)－4－山形県内清酒製造場から分離した酵母の遺伝子解析【令和 5 年度高度技術者育成支援事業】
工業技術センター

1

緒

食品醸造技術部

○

下川浩太

言

研究事業「醸造環境由来微生物を活用した発酵方法の開発（R3-R5）」のテーマの一つとして，山 形県内清酒製造場から蔵付き酵母の 分離を試みた ところ，16 社から 22 株の Saccharomyces
cerevisiae を分離することができた。清酒製造には，（公財）日本醸造協会が頒布しているきょうか
い酵母や各県公設試が開発した県酵母を使用する場合が多く，分離した酵母がこれらに類する可能性が考えられた。また，（独）酒類総合研究所（酒総研）赤尾氏らにより，高解像度融解（High Resolution
Melting：HRM）解析法を用いて，きょうかい酵母（きょうかい 6 号（K6），K7，K9，K10 及びこれらの派生株：以下，K7 グループ）か否かを判定する DNA マーカーが開発された 1)。HRM 解析法とは，PCR 増幅産物の配列内の一塩基多型を検出し，DNA 配列の差異を識別する解析手法である。
今回の研修において，この HRM 解析法を用いて分離酵母の K7 グループの判定を行い，さらに K7
グループ内の菌株の系統判別を行ったので報告する。

2

実験方法
2.1
2.1.1

RIM155076ins と MSN41540 の遺伝型タイピングによる K7 グループの判定
酵母試験株の培養及び全 DNA の調製

分離した蔵付き酵母 22 株を使用し，赤尾氏らの方法に従い，培養した試験株から全 DNA を調製した。対照区は K7 型として，K6（NBRC：（独）製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンター），K7（RIB：酒総研保存），K9（NBRC），K10（2006BY：（公財）日本醸造協会 2006 年頒布)，及び非 K7 型として実験室酵母 X2180 の全 DNA を使用した。なお，対照区の全 DNA については，酒総研より供与されたものを使用した。
2.1.2

リアルタイム PCR による HRM 解析法

赤尾氏らの方法に従い，LightCycler® 96 system（Roche）を用いてリアルタイム PCR を行った。
PCR の温度サイクル及び HRM 解析法の条件は，[94℃，120 秒→（98℃，10 秒→55℃，30 秒→72℃，15 秒）×50 サイクル→95℃，60 秒→降温（毎秒 4℃）→40℃，60 秒→昇温（毎秒 0.05℃）→
95℃]とした。蛍光強度の測定は，40℃から 95℃への昇温過程で行った。K7 グループを判定する DNA
マーカーとして，RIM155067ins と MSN41540 の一塩基変異について遺伝型のタイピングを行った。この二つの遺伝子の一塩基変異は，K7 グループの菌株に共通かつ特異的にホモ接合として存在しており，さらに高いアルコール発酵性の一因であることが知られている 2）。PCR 増幅後，HRM 解析により得られた蛍光強度のデータを温度微分し，曲線のピーク時間から K7 グループ，非 K7 グループの判定を行った。
2.2

K7 グループ内の菌株の系統判別

酵母試験株の全 DNA は 2.1.1 で調製したものを使用した。また，リアルタイム PCR は 2.1.2 と同様の方法で行った。なお，K7 グループ内の菌株を系統判別する DNA マーカーは，赤尾氏らにより開発された PCR プライマー及びプローブ DNA を使用した（詳細は未公表）。DNA マーカーは，
K6 と K7，K9，K10 の判別で 4 セット，K7 と K6，K9，K10 の判別で 5 セット，K10 と K6，K7，
K9 の判別で 5 セット，K6，K9 と K7，K10 の判別で 3 セットの合計 17 セットを使用し，複数のマーカーを使用することで一塩基変異などによる誤判定のリスクを低減した。各試験株と対照区の各きょうかい酵母から得られた HRM 解析のピーク時間を比較し，系統判別を行った。

－5－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

3

実験結果および考察

0.006

MSN41540 の遺伝型タイピング

による K7 グループの判定
RIM155067ins を マ ー カ ー と し て 得 ら れ た 対 照 区 の
HRM 解析結果を図 1 に示した。K7 型ホモ接合体は K7，

蛍光強度の変化量
dF/dT

3.1

RIM155067ins と

非 K7 型ホモ接合体は X2180 の DNA を使用し，疑似

X2180
K7
X2180:K7(1:1)

0.004

0.002
55

ヘテロ接合状態として K7 と X2180 の DNA を等量配

60

65
温度（℃）

図1

X2180 より数℃高く，X2180 と K7 の等量配合で二つ対照区の HRM 解析結果致しており，再現性を確認することができた。同様に試験株を用いて HRM 解析を行い，対照区と比較した

表1

75

RIM155067ins をマーカーとした

合して試験に供した。その結果，K7 の温度ピークはのピークが得られた。このことは赤尾氏らの結果と一

70

HRM 解析法による蔵付き酵母の K7

グループ判定結果及び，系統判別結果
酵母

K7 グループ判定

系統判別ところ，K7 グループが 21 株，非 K7 グループが 1 株

蔵付 3

K7 グループ

K7 系と判定された（表 1）。MSN41540 についても試験した

蔵付 6

K7 グループ

K7 系

蔵付 15

K7 グループ

K7 系

蔵付 1

K7 グループ

K9 系

蔵付 4

K7 グループ

K9 系

次に，K7 グループ内の菌株を判別可能な DNA マー

蔵付 5

K7 グループ

K9 系

カー17 セットを用いて，22 株の蔵付き酵母で HRM 解蔵付 9K7 グループ

K9 系

蔵付 11

K7 グループ

K9 系

蔵付 12

K7 グループ

K9 系

蔵付 14

K7 グループ

K9 系

蔵付 17

K7 グループ

K9 系

ところ，RIM155067insの結果と同様に，K7 グループが21 株，非 K7 グループが 1 株と判定された。
3.2

K7 グループ内の菌株の系統判別析を行った。その結果，得られた曲線のピーク時間やパターンから，K6 系は該当なし，K7 系が 3 株，K9 系
が 10 株，10 系が 3 株と判定され，また，K1801 が 5株と推定された（表 1）。さらに，蔵付 2 については

蔵付 18

K7 グループ

K9 系

K10 判別用マーカー5 種類のうち 2 種類，蔵付 20 につ

蔵付 22K7 グループ

K9 系

いては 1 種類で対照の K10 と異なるピーク位置を示し

蔵付 2

K7 グループ

K10 系

た（データ省略）。なお，この 2 株の判定結果は，そ蔵付 10

K7 グループ

K10 系

れぞれ採取した蔵で使用していた可能性がある K10 系

蔵付 20

K7 グループ

K10 系

統の清酒酵母（明利小川酵母，M310，YK009）とも異

蔵付 7

K7 グループ

K1801

なっていたため，K10 系統ではあるものの既存の酵母

蔵付 8

K7 グループ

K1801

蔵付 13

K7 グループ

K1801

蔵付 16

K7 グループ

K1801とは異なる遺伝型である可能性が示された。
以上から，リアルタイム PCR 法を用いた HRM 解析
法により，明瞭かつ迅速に蔵付き酵母の系統を判別することができた。今回取得した蔵付き酵母の多くはき

蔵付 21

K7 グループ

K1801

蔵付 19

非 K7 グループ

該当なし

ょうかい酵母系統であったが，一部の株においては，蔵の製造環境下で生息するにつれて，LOH（lossof heterozygosity/ヘテロ接合性の消失）等により遺伝型が変異したと推察された。

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) 分離した蔵付き酵母 22 株のうち K7 グループが 21 株，非 K7 グループが 1 株と判明した。
2) K7 系が 3 株，K9 系が 10 株，K10 系が 3 株と判別され，K1801 が 5 株と推定された。
3) K10 系と判定された 2 株は，既存の清酒酵母と遺伝型が一部異なっていた。

文献1) 赤尾健ら：日本醸造協会誌，Vol.113, No. 10, p. 631 -641 (2018)2) 渡部大輔：生物工学，Vol.91, No. 1, p. 2 -9 (2013)－6－ブラシ加工によるピーニング処理技術の開発【令和 3～5 年度自動車キーテクノロジー支援研究開発事業（令和 4 年度 JKA 補助事業）】
工業技術センター

1

緒

庄内試験場

機電技術部

○

荘司彰人

言

ピーニングは，金属材料の耐久性（疲労強度）等の向上を目的とした表面改質技術であり，自動車や航空機等の分野で利用されている 1)。材料表面を塑性変形させることで，圧縮残留応力付与，硬さ向上等の効果が得られる。引張残留応力は材料表面のき裂の発生・進展を促進するが，圧縮残留応力はそれらを抑制するため，耐久性（疲労強度）の向上に寄与する。
一般に広く利用されているショット法は，球状粒子を空気圧等で加速し材料表面に投射する方式
で，専用装置の導入が必要となる 2)。一方，ブラシ法は，ブラシ工具を用いる簡便な手法であり，既存の機械加工機の活用が可能である。また，ショット法では制約がある箇所（内径部等）への適用や，ブラシ工具の用途開拓につながる可能性がある。
そこで，本研究では金属材料を対象として，ブラシ加工によるピーニング効果（表面残留応力，
表面硬さの変化）を評価し，ブラシピーニング（以下 BP）の有効性を検討した。

2

実験方法
2.1

ピーニング効果（BP による表面残留応力、表面硬さの変化）の評価

供試材は，軟鋼 SS400，ステンレス SUS304，アルミ A2017（軟質金属）及び，焼入鋼 SKS3（硬質金属）の板材試験片（W25×L100×T10mm）とした。焼入鋼 SKS3 の硬さは，焼入れ焼戻し熱処理
により約 750HV，550HV，350HV に調整した。図 1 のとおり，フライス盤及びホイールブラシ工具を用いて BP を施した。加工条件の項目，水準は表 1 に示すとおりである。応力測定には X 線応力測定装置（(株)リガク，RINT2500V），硬さ測定にはマイクロビッカース硬さ計（(株)ミツトヨ，HM221）を用い，BP による表面残留応力，表面硬さの変化を比較評価した。
2.2

BP 加工品の耐久性評価

供試材は，焼入鋼 SKH40 の薄板材試験片（W5×L60×T1mm）とした。外径 50mm，線径 0.35mmの硬鋼線ブラシを用い，切込 1.5mm，回転数 980rpm，加工時間 5 秒の条件で，供試材の片面中央部に BP を施した。耐久性評価には材料試験機（(株)島津製作所，AGX-100kNV）を用いた。図 2 のとおり，3 点曲げ繰返し試験を行い，BP による破断サイクル回数の変化を比較評価した。
2.3

企業製品の BP 加工評価

供試材は，企業製品（浸炭焼入鋼機械部品，金型鋼部品）とし，BP を施した。BP による表面残留応力，表面硬さの変化を比較評価した。
表1
ブラシ回転方向(アップカット)

BP 加工条件項目水準

切込量(mm)0.1 / 1.0 / 2.0

回転数(rpm)

155 / 980 / 1800

送り回数
(送り速度 60mm/min)
テーブル送り方向
図1

試験片

BP 加工

－7－

1 / 5 / 10

ブラシ線材質軟鉄 / 硬鋼 / 砥粒

ブラシ外径(mm)50 / 75 / 100

ブラシ線径(mm)0.15 / 0.25 / 0.35

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

応力

繰返し負荷

3 サイクル／1 分
90%

試験片

静的曲げ強さ

R5

破断

R2
10%
静的曲げ強さ
図2

3

50mm

時間

耐久性評価（3 点曲げ繰返し試験）

実験結果および考察
3.1

ピーニング効果（BP による表面残留応力、表面硬さの変化）の評価

表 2 に，各供試材において得られたピーニング効果の最大値を示す。軟質金属，硬質金属ともに，
BP により圧縮残留応力が付与され，表面硬さが向上した。軟質金属の供試材表面は切削面で引張応
力状態（＋方向）であるが，BP により圧縮応力状態（－方向）に変化した。硬質金属の供試材表面
は研磨面でほぼ無応力状態であり，軟質金属と比較して高い圧縮残留応力が付与された。これは，ピーニングにより形成される残留応力が材料の降伏強度に依存するためと考えられる 3)。
3.2

BP 加工品の耐久性評価

BP 無し品の破断サイクル回数が 95 回であるのに対し，BP 有り品は 180 回に増加した。（N=4）
低サイクル領域において，BP により耐久性（疲労強度）が向上したと考えられる。
3.3

企業製品の BP 加工評価

実際の企業製品においてもピーニング効果が得られた。一方，製品形状やサイズによって加工が難しい場合もあり，製品に応じたブラシ工具を適用することで，加工性が改善すると考えられる。
表2
評価項目

ピーニング効果（BP による表面残留応力，表面硬さの変化）

測定方向

軟鋼

ステンレス

アルミ

焼入鋼(750HV)

送り方向

1040

1070

360

1100

に直交

(+630 → －410)(+450 → －620)(+130 → －230)(+40 →－1060)

送り方向

890

770

350

900

に平行

(+570 → －320)(+250 → －520)(+130 → －220)(+70 → －830)

表面硬さ

30

230

60

90

(HV0.1)(190 → 220)(300 → 530)(130 → 190)

(760 → 850)

表面
残留応力
(MPa)

※各セルの上段は変化量，下段は数値の推移を示す

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) 軟質金属，硬質金属ともに，BP 加工により表面残留応力，表面硬さが改善した。
2) BP 加工品は，低サイクル領域の 3 点曲げ繰返し試験において，破断サイクル回数が増加した。
3) 実際の企業製品においても，BP 加工により表面残留応力，表面硬さが改善した。

文

献1) ショットピーニング技術協会 : 金属疲労とショットピーニング, 2018, 7～16 頁.
2) ショットピーニング技術協会 : 金属疲労とショットピーニング, 2018, 48～62 頁.
3) 岡田秀樹, 丹下彰, 安藤柱 : 圧力技術, 2003, 41 巻 5 号, 233～242 頁.

－8－PDMS 膜を用いたトライボ発電デバイスの開発【令和 3～5 年度

環境・エネルギー関連技術研究開発事業】
工業技術センター

1

緒

庄内試験場

機電技術部

○

岩松新之輔

言

IoT センサを活用した工程管理，品質管理が，多くの製造業で行われている。IoT センサを用いることで情報の取得が容易になり，設備稼働状況の監視，作業条件の自動収集など，多様な用途へ応用が進んでいる 1)。一方で，多数のセンサを運用する際，センサの設置や維持コストの増大が課題となっている。この課題の解決策の一つとして，環境発電デバイスを用いた IoT センサの自律駆動化が提案されている。環境発電は，環境中に広く薄く存在するエネルギーから電力を取り出す技術であり，振動，熱，光，電波などがエネルギーソースとして利用されている。本研究では，環境中のエネルギー密度が高い振動に着目し，摩擦帯電と静電誘導を利用したトライボ発電デバイスの原
理検証と実用を想定した応用開発を行った。

2

実験方法
2.1

原理試作

トライボ発電デバイスの構成を図 1 に示す。帯電列が異なる物体を接触させると，摩擦帯電により接触面で電荷の移動が発生する。その後，接触面を分離すると物体間に電位差が生じ，電流が流れる。このような接触，分離を繰り返すことで交流電流が得られる 2)。本研究では，接触面の材料にポリジメチルシロキサン（PDMS）とポリイミド（PI）を採用した。PDMS には，SILPOT 184（東レ・ダウコーニング）を用いた。基剤と硬化剤を重量比 10:1 で混合し，真空乾燥機で脱泡後，3000
rpm，30 s の条件で 50 mm 角，厚さ 0.5 mm の銅基板にスピンコートした。その後，70°C で 2 h，大気中で加熱し，硬化反応を進行させた。PI には，厚さ 0.1 mm のカプトンテープを用い，PDMS と同様の銅基板に張り付けた。図 2 に振動発電評価系の構成を示す。二対の門型構造体を組み合わせた構成であり，内側の構造体の上面，外側の構造体の下面にトライボ電極を設置した。内側の門型構造体に圧縮空気で駆動する振動体を固定し，天板を上下振動させ，外側の門型構造体との間で接触，分離を繰り返す構成とした。トライボ発電の出力特性は，電極間に接続した負荷抵抗の電圧をオシロスコープで測定することにより評価した。
2.2

小型デバイスの開発

機械振動による発電を実現するため，小型一体化デバイスを開発した。電極基板には 20 mm 角，
厚さ 0.5 mm の銅基板を用い，前述の方法で PDMS と PI を形成した。PDMS 電極は ABS 筐体に固定し，PI 電極を可動電極とした。PI 電極におもり，バネを取り付け，機械振動により上下に振動する構造とした。発電特性の評価は，振動発電評価系とコンプレッサの振動を用いた。

Attaching+++− − − −
+ + + +−−−
Detaching+++− − − −
+ + + +−−−
Detaching+++− − − −
+ + + +−−−
Attaching− − − −
+ + + +: Polyimide

PolyimideiVibration
PDMS

i

Air
0.3~0.6 MPa

Vibrator: PDMS

図 1 トライボ発電の原理

図 2 振動発電評価系－9－

Oscilloscope山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

3

実験結果および考察
出力電圧波形を図 3 に示す。PDMS と PI の接触，分離に対応した 60 Hz 程度の交流電圧が得られ，接触時に負の電圧出力，分離時に正の電圧出力が確認された。出力電圧は，負荷抵抗の増加とともに上昇し，10 MΩ で 30 Vpp となった。次に，電力量の負荷抵抗依存性を図 4 に示す。電力量
は，オシロスコープで測定した出力電圧と負荷抵抗の値から算出した。負荷抵抗 1 kΩ から 10 MΩ
の範囲で評価を行った結果，1 MΩ 付近にピークがあるプロファイルとなり，最大電力は 500 µW となった。以上の結果から，平行平板構造，単振動条件におけるトライボ発電の出力特性を明らかにし，デバイス設計の指針が得られた。
次に小型一体化デバイスの出力電圧特性を図 5 に示す。振動発電評価系では，1 MΩ，0.4 MPa の条件で 5 Vpp の電圧出力が得られた。図 3 の原理試作デバイスと比較して電極面積が 25%になっているため，出力が大幅に低下したが，一体構造による電圧出力を確認することができた。一方，コ
ンプレッサの振動を入力した場合は，ノイズが増加し，1 Vpp 程度の電圧出力となった。振動発電

Output voltage (V)

評価系と比較すると，振動加速度が低く，振動方向が一定ではないことが要因と考えられる。
20

10 kΩ

10

1 MΩ

100 kΩ

10 MΩ

0
−10

0.7 Vpp

−20
0

20

40

60

22 Vpp5.6 Vpp

80 0

20

40

60

80 0

20

40

60

30 Vpp

80 0

20

40

60

80

Time (ms)

図 3 出力電圧波形の負荷抵抗依存性
Output voltage (V)Output power (µW)

600
500

500 µW

400
300
200
100
0

1k

10 k

100 k

1M

10 M

1 Vpp

Compressor
0

100

200

300

Time (ms)

図 4 発電量の負荷抵抗依存性

結Vibrator

100 M

Load resistance (Ω)

4

5 Vpp

図 5 小型一体化デバイスの出力電圧特性

言

PDMS 膜を用いたトライボ発電デバイスの特性評価を行い，以下の知見を得た。
1) PDMS と PI を組み合わせた原理検証デバイスを作製し，両者の接触，分離による交流電圧の発生を確認した。
2) 原理検証デバイスを用いて、発電量の負荷抵抗依存性を評価した結果，1 MΩ で最大電力量
500 µW が得らえることを明らかにした。
3) 小型振動発電デバイスを開発し，コンプレッサの振動による電圧出力を確認した。

文献1) 知崎一紘，地主岳史 : デジタルプラクティス，8, 3 (2017).
2) 柳田幸祐，飯田泰基，本間浩章，橋口原，年吉洋，鈴木孝明 : 電気学会論文誌 E, 141, 7 (2021).

－10－ダイヤモンド微粒子の表面処理技術の探索と分散性評価～高放熱材料開発に向けた研究～【令和 5 年度

若手チャレンジ研究事業】

工業技術センター

1

緒

庄内試験場

機電技術部

○

松田裕史

言

電子機器の小形化，高集積化による発熱が問題となっており，解決手段として，放熱グリスやシール等の放熱材料の高熱伝導化が求められている。放熱材料を高熱伝導化するためには，樹脂母材
中へ熱伝導性の高い微粒子を高充填する必要があり，そのためには微粒子の分散性が重要となる。
微粒子の分散性を向上させるため，一般的に，微粒子の表面処理が行われている。一方，ダイヤ
モンドは熱伝導率が 2,200 W/m/K と固体物質中で最も高く，熱伝導性微粒子として有力な材料である。そこで，高放熱材料の開発の芽出し研究として，本研究ではダイヤモンド微粒子の表面処理技術を探索し，その分散性評価を行った。

2

実験方法

2.1

ダイヤモンド微粒子

図 1 に使用したダイヤモンド微粒子の SEM 画像を示す。本研究では，トーメイダイヤ株式会社
製の水素化ダイヤモンド微粒子 MD-500 (以下，Dia-H)，及びトーメイダイヤ株式会社にて MD-500に酸化，塩素化処理を実施したダイヤモンド微粒子 (以下，Dia-OH, Dia-Cl)を使用した(表 1)。ダイ
ヤモンド微粒子の粒径は 0.5 μm である。
表1

図1
2.2

使用したダイヤモンド微粒子

Dia-H の SEM 画像

ダイヤモンド微粒子の表面処理

ダイヤモンド微粒子表面を文献 1)-5)に記載された方法を参考に化学反応させ，分離洗浄を 4 回実施した後，室温にて 12 時間以上乾燥させたものをサンプルとして用いた。得られた表面処理ダイヤ
モンド微粒子 (以下，Dia-PDMS, Dia-PSt(1), Dia-PSt(2) )の構造式を図 2 に示す。

図22.3

表面処理ダイヤモンド微粒子

評価方法

フーリエ変換赤外(FT-IR)分光分析により，ダイヤモンド微粒子表面の吸収ピークを確認した。測定は，拡散反射法にて行った。なお，測定結果を Kubelka-Munk 変換しているため，吸収ピークは上に凸となっている。また，熱重量(TG)分析結果より，重量減少率を求め，表面処理量を算出した。
さらに，水に対する微粒子の濡れ広がりを確認した後，デカン‐水の二層における分散性を確認した。

－11－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

3

実験結果および考察
図 3 に FT-IR の結果を示す。Dia-PDMS において，ポリジメチルシロキサンの Si-C と Si-O に由来する吸収が確認された。また，Dia-PSt(1)，及び Dia-PSt(2)において，ポリスチレンのベンゼン環に由来する吸収が確認された。表 2 に TG の結果を示す。重量減少率は，Dia-PDMS，並びに Dia-PSt(1)は 0.5 %であり，Dia-PSt(2)は 0.9 %であった。
FT-IR と TG の結果より，作製した表面処理ダイヤモンド微粒子表面にポリジメチルシロキサン，
並びにポリスチレンが結合していることが確認された。
図 4 に Dia-PSt(2)の水に対する濡れ広がり確認結果を示す。Dia-H, Dia-Cl は水面に濡れ広がる様子が確認されたのに対し，Dia-PSt(2)は濡れ広がる様子が確認されなかった。また，図 5 にデカン‐
水の二層における分散性確認結果を示す。Dia-H, Dia-Cl は水層に多くの微粒子が分散しているのに対し，Dia-PSt(2)はデカン層に多くの微粒子が分散している様子が確認された。これらの結果は，表面処理によって，ダイヤモンド微粒子表面が疎水性に変化し，デカンと相溶性を示したためと考え
られる。

4

結

図3

FT-IR 測定結果

図4

水に対する濡れ広がり言

表2

TG 測定結果

図5

デカン‐水における分散性

本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) ダイヤモンド微粒子表面を化学反応させ，ポリジメチルシロキサンとポリスチレンが結合した表面処理ダイヤモンド微粒子を作製した。
2) 表面処理を実施した Dia-PSt(2)は，デカン溶液に対する分散性が向上することを確認した。

謝辞

ダイヤモンド微粒子を提供頂いたトーメイダイヤ株式会社様に深く感謝申し上げます。

文献1) T. Tsubota etal, Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 1474 (2003)
2) 坪田

他, 日本化学学会誌：化学と工業化学, 11, 631 (2001)

3) Y. Zhang etal, J. Am. Chem. Soc., 141, 8277 (2019)4) N. Tsubokawa, J. Jpn. Soc. Colour Mater., 80, 174 (2007)
5) Merck 社編, 精密ラジカル重合ガイドブック－12－早生樹等の国産未活用広葉樹材を家具・内装材として利用拡大するための技術開発 －塗装・接着特性の検証－【令和 4～6 年度 生物系特定産業技術研究支援センター イノベーション創出強化研究推進事業】
工業技術センター

化学材料表面技術部

江部憲一

滝口寿郎

連携支援部企業支援室生産性向上科

今野俊介

精密機械金属技術部

1

緒

○

熊倉和之

村岡潤一

言

これまで国内の家具及び内装材には，主に外国産の広葉樹材が用いられてきた。しかし資源の減少等により，国内への安定供給が見通せなくなってきている。そこで近年，国産広葉樹材が注目されつつある。しかし国産広葉樹材を家具等に利用するためには，製材・切削加特性，乾燥特性，塗装性，接着性能といった様々な物性データが不十分であるのが現状である。そこで本研究では，早生樹として近年注目されているセンダンとハンノキ，家具等への利用が比較的少ないコナラとホオ
ノキについて，家具・内装材向けの塗装条件および接着性能を評価した結果を報告する。

2

実験方法
2.1

塗装

2.1.1 無塗装材の光変色評価
無塗装のコナラ，センダン，ホオノキ，ハンノキについて，既往の研究 1）を参考に多波長照射分光器を用い，216nm から 526nm までの光を試験片表面に 3 時間分光照射した。分光照射前後に，各波長間隔約 30nm の分光照射箇所を分光測色計にて測色し，色差（ΔE*ab）を求めた。
2.1.2

内装塗装試験

コナラについて，「素地調整→素地着色（顔料系着色剤）→下塗り（ウレタンウッドシーラー）→塗膜着色（ウレタンウッドシーラー＋顔料系着色剤）→下塗り（ウレタンウッドシーラー）→中塗り（ウレタンサンディングシーラー）×3 回→研磨→上塗り（ウレタンフラット）」の塗装工程の内，素地着色量と塗膜着色量を種々変えた塗装試験片を作製した。塗装面画像データをスキャナで取得し，着色の程度を明度（L*），木目の明瞭性をエッジで評価した。センダンについては，白
斑のない材とある材それぞれについてコナラと同様の塗装を行い，スキャナ画像から塗装仕上り状
態を確認するとともに，着色の程度を素地着色剤の含浸量から評価した。ホオノキとハンノキについては，素地着色を省略する一方で，塗膜着色量を種々変えた塗装工程による試験片を作製し，コナラ，センダンと同様にスキャナ画像から塗装仕上り状態を確認した。
2.1.3

センダン白斑部の塗装不良を改善する素地着色方法の検証

素地着色時のセンダン白斑部への着色剤の過度な浸透を防ぐため，①湿気硬化型ウレタン木質強化剤処理，②目止め剤（a）（木目着色用ベース）処理，③目止め剤（b）（フィラーベース）処理，④シンナー10 倍希釈着色剤による素地着色，⑤ウォッシュコート処理，という 5 つの手法の効果を検証した。白斑の多いセンダンに対し，改善手法①～⑤のいずれかを素地着色時に施した上でウレタン半透明着色仕上げ塗装を行い，着色剤含浸量とスキャナ画像データにより評価した。
2.2 接着同一樹種同士および 6 とおりの異樹種同士の組合せについて，JIS K 6852 に準拠した圧縮せん断試験を行った。接着剤は，酢酸ビニル樹脂（酢ビ），変性酢酸ビニル樹脂（変性酢ビ），水性高分子－イソシアネート樹脂（API）の 3 種類とした。接着方向は，柾目面同士の平行接着（∥）と直交接着（⏊）の 2 種類とした。試験は常態で実施し，圧縮せん断接着強さと木部破断率を求めるとともに，X 線 CT 観察により接着層厚およびアンカー効果が接着性能に与える影響を検証した。

－13－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

3

実験結果および考察
3.1

塗装

3.1.1 無塗装材の光変色評価
図 1 に，分光照射試験前後の表面色差（ΔE*ab）を示す。4 樹種ともに，主に紫外域で変色が進むことが示された。各樹種に着目すると，センダンの変色は軽微であるものの，ホオノキとハンノキは変色が著しく，コナラも黄変が比較的激しかった。
3.1.2 内装塗装試験
光変色を抑制するには着色塗装が有効である。そ

図 1 分光照射試験前後の表面色差

こで，着色塗装における各樹種の仕上りの差を評価した。コナラは環孔材のため早材部への着色剤の過度な含浸は見られず，木目が鮮明に強調された。ホ
オノキとハンノキは散孔材のため，素地着色せず塗膜着色スプレー回数を増やす方法で，色むらを防ぎ濃色に仕上げられることがわかった。センダンは，白斑部が過度に着色されることが明らかとなった。
3.1.3

センダン白斑部の塗装不良を改善する素地着色方法の検証
図 2 に，各改善策を施した後の素地着色剤含浸量
図 2 改善策後の素地着色剤含浸量を示す。含浸量が最も少ないのは湿気硬化型ウレタ
ン木質強化剤であり，目止め剤（b） が続いた。塗装仕上りを比較すると，特に木質強化剤処理の場合に白斑部が過度に着色されないことが示された。
3.2 接着図 3 に，同一樹種同士の圧縮せん断接着強さを示す。接着剤の違いによる性能差はほとんどないが，接着方向に関しては，平行接着よりも直交接着の方が，接着強さが小さい 2）。樹種については，センダンの接着強さが小さい。異樹種同士の場合は，樹種の組合せにより接着強さに大きな差は生じないが，試験治具のローディングブロックに接触させる樹種を逆にすると，接着強さが異なる場合がある。

4結

図 3 同一樹種同士の接着強さ

言本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) コナラ，ホオノキ，ハンノキは通常の着色塗装でよいが，センダンは前処理が必要となる。
2) 家具製造に用いられる接着剤による接着性能は，4 樹種とも強度的に問題はない。

文献1) 山本健，片岡厚，古山安之，松浦力，木口実 : 木材学会誌, 53(6)(2007)320.
2) 平井信二，上田康太郎: 技術シリーズ木工（普及版）, 朝倉書店, 2005, 152 頁.
【本研究は生物系特定産業技術研究支援センター「イノベーション創出強化研究推進事業（JPJ007097）」（課
題番号 04012B2）の支援を受け実施した。】－14－

デザイン経営で次の一手を考える実践型勉強会【令和 3～5 年度デザイン思考イノベーション創出事業】
工業技術センター連携支援部企業支援室デザイン科

1

緒

〇

大場智博

月本久美子

木川喜裕

連携支援部企業支援室生産性向上科

三井俊明

化学材料表面技術部

江部憲一

言

社会やビジネスの変化が激しく不確実性の高い現代において，本県でも，次の一手を模索しようとする企業は少なくない。そんな中，企業がパーパス（社会的存在意義）を探究し，デザイン思考で検討した新事業案と企業のパーパスをもとに東北芸術工科大学（以下芸工大）の学生が検討した新事業案を突き合わせ，互いに学びあう勉強会を開催したので報告する。事業名称を「やまがた＆D プロジェクト」とし，令和 3 年度から 5 年度に各年約半年間をかけて 3 回開催した。各年 5 社，
計 15 社が参加した。

2

勉強会を企画した背景
2.1

デザイン思考の課題と解決のための仮説設定

デザイン思考は，新たな価値を生み出すための手法として認識が広がった。デザイン思考のフローを図 1 に示す。
当科でも平成 24 年度頃から企業の商品企画への伴走支援

図1

デザイン思考で活用し，その普及に取り組んできた。しかし，デザイン思考は検証や事実を積み上げていく論理的な思考法とは異なり，拡散的思考と収束的思考を繰り返し行う特徴があるため，目的が曖昧にな
り，開発が途中で止まってしまうことも多くあった。そこで当科では，商品企画のさらに上流工程である事業の目的や企業のパーパスを明確にする必要があるのではないかという仮説を立て本事業に取組んだ。
2.2

クリエイティブ人材の活用促進

芸工大は，開学から約 30 年が経過し，多くのクリエイティブ人材を輩出してきた。しかし，卒業
生の多くは県外へ就職しているという現状がある。その要因は様々考えられるが，在学中に県内企業を知る機会が少ないこと，企業側も芸工大生の能力を知る機会が少ないということも挙げられる。
そこで互いの魅力を知る機会が重要であると考えた。

3

勉強会の進め方
こうした背景を踏まえ，図 2 に示す勉強会を企画した。
3.1

企業の取組み本事業で体験した手法の社内への浸透や，事業案の実現可能性を高めるため，企業は経営・リーダー層と現場担当者 2 名での参加を基本とした。新事業の検討は，パーパスを探究するステップ 1，新事業案を検討するステップ 2のプロセスで行った。各プロセスは，当科が月 2 回のペースで個別に伴走して実施した。また，講師には日本のデザイン業界を代表する石川俊祐氏（株式会社 KESIKI 代表取

図2

勉強会の全体像

締役）を招いて，全社参加の検討会（5 回）を行い，各社へアドバイスをもらった。
ステップ 1 では，パーパスを探究し言語化する検討を行った。検討に際して，自社事業の SDGsとの親和性の分析や，SWOT 分析の他，自社の歴史や業界・分野の起源を調査した。

－15－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

ステップ 2 では，デザイン思考を実践し事業案を検討した。ここでは，ターゲットを具体的に設定し，インサイト（潜在的ニーズ）の探索，
想像力を高めるための設問，アイデア発想，簡易試作等を企業のテーマに合わせてカスタマイズしながら企画立案を進めた。最終的にはパーパスに基づいた新事業案をプレゼン資料としてまとめた。検討の様子を図 3 に示す。
3.2

図3

検討の様子

図4

発表会の様子

芸工大の取組み

芸工大はプロダクトデザイン学科やグラフィックデザイン学科などから選抜された学生が，企業毎に 3 名（令和 3 年度は 2 名）1 チームとなり，担当した。初めに企業がステップ 1 で検討したパーパスと開発
テーマの説明を受けた。その後，中山ダイスケ氏（芸工大学長）の指導のもと，企業訪問やインタビューを行いながら，企業の新事業案を検討
した。
3.3

発表会

企業チーム，学生チームがそれぞれ検討した新事業案をプレゼンし，質疑応答する発表会を開催した。発表を通じて，互いの切り口の違いから新たなアイデアにつながるヒントを得ることができた。石川氏，中山氏からは，双方の評価点や今後の展開の可能性に関する講評があった。発表会の様子を図 4 に示す。

4

結果および考察
本事業を通じて，参加企業の多くは，商品案だけではなく，サービスやビジネスモデルまで踏み込んだ新しい事業案を導くことができた。また勉強会終了後も検討を継続している企業が多く，中にはパーパスを軸に検討を重ね，実際に新事業を立ち上げた企業もあり，パーパスを言語化する重要性を実証できた。
学生からは「地域の企業との接点が持てて良かった」，「山形の面白い企業を知ることができた」という感想があり，県内企業の魅力を知る機会にもなったことが確認できた。
尚，本事業の，パーパスを探究しデザイン思考で新たな価値を生み出すというプロセスは，平成
30 年に経済産業省が提唱したデザイン経営という概念を，令和 5 年に特許庁が中小企業向けにアップデートした内容（中小企業のためのデザイン経営ハンドブック 2）に合致するものであった。このことから当科のデザイン活用支援の方向性はデザイン経営の概念とも一致していると言える。
しかし，本プロセスを実行するだけでは新しいアイデアを生み出すことが難しい場面も多くあった。このことから，従来とは違う切り口を見つけ，独自性のある魅力的なアイデアを創出するための発想力は，また別の手法で引き出す必要があるのではないかという課題も残った。

5

結

言

本取組みで得られた知見は以下のとおり。
1) パーパスを探究し言語化することでデザイン思考の課題を補完し，より効果が得られることがわかった。
2) 検討プロセスやワークシートを構築することができ，今後の企業支援にも展開可能となった。
3) 企業と学生が互いの魅力を共有する機会をつくることができた。
4) 新たな課題として，プロセスを実行するだけでは不十分であり，独自性のある魅力的なアイデアを創出するための発想力を引き出す必要があることがわかった。

謝

辞

本事業に参画いただいた石川俊祐氏，中山ダイスケ氏，芸工大事務局の皆様に深謝いたします。
－16－

産業創造に向けたデザイン思考の活用(研修報告)【令和 5 年度産業創造リーダー育成研修事業】
工業技術センター

1

緒

連携支援部企業支援室デザイン科

○

木川喜裕

言

県内産業をとりまく環境が激変している中，官民の若手人材を対象に，自由な発想や働き方，チャレンジ精神などを身につけ，新たなビジネスを創出し，次の時代を牽引するリーダーを育成することを目的として，産業創造リーダー育成研修がアメリカ合衆国カルフォルニア州シリコンバレー
において県主催で実施された。本研修では，デザイン思考の発祥の地であるスタンフォード大学等への訪問，現地の起業人材とのディスカッションやワークショップを通じて，産業創造に向けたデザイン思考の活用方法について学ぶカリキュラムが組まれていた。この度，その研修に参加したので報告する。

2

研修概要
海外研修は，令和 5 年 10 月 8 日から 10 月 13 日（4 泊 6日）の日程で実施され，海外研修の前後に事前研修と事後研修が実施された。研修には，県内企業から 4 名，産業支援機関から 1 名，県から 6 名（責任者 1 名含む）の合計 11名が参加した（図 1）。参加者は事前に 3 つのグループに分かれて目標設定を行い，現地の研修先を選定した。研修
運営はシリコンバレーの B-Bridge International,Inc.に委託し実施された。
図1

3

海外研修参加者

研修内容
3.1

スタンフォード大学でのワークショップ

多くの起業家を輩出しているスタンフォード大学にて，同大学のビジネススクールを卒業し起業した D-COMPASSの石川峻平氏と玉巻秀規氏が講師となり，リーダーシップをテーマとしたワークショップを実施した（図 2）。このワ
ークショップでは，自分自身の考えを掘り下げ，自分は何がしたいのか，なぜ行動するのかを明確にし，リーダーとして何が必要なのかを学んだ。具体的には，リアルタイムで質問に答え，回答を共有するアプリを使って，参加者同士が普段

図2

考えていることについてディスカッションを行った。質問

スタンフォード大学
でのワークショップ

例としては，産業構造の転換や将来にわたる地域産業発展
はどうすれば実現するか，新しいビジネスを創出するにはどうすればよいか，欲しいものをすべて手に入れた時あなたはそのあと何がしたいか，あなたの原体験は何か，あなたの原動力は何か，などであった。ワークショップを通じて，以下 3 点の知見が得られた。
1 点目は，リーダーシップには内発的動機，つまり自分は何のために存在するのかという人生の究極ゴールの設定が重要であること。2 点目は，リーダーは自らの内発的動機やその原体験について熱意を持って語ることで，各々の社員を共感させ自分事としてとらえてもらい，行動に導くことができること。3 点目は，新たなものやことを生み出すためには，オープンマインドであることや常識を疑うことといったマインドセット（人の考え方や習慣）が大事であることがわかった。

－17－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

3.2

デザイン思考ワークショップ

シリコンバレーにあるベンチャーキャピタル（投資会社）
WiL,LLC の植松裕貴氏が講師となり，デザイン思考の講義とワークショップを実施した（図 3）。植松氏はスタンフォ
ード大学のビジネススクールでデザイン思考を学び，出向
元のみずほ銀行内でデザイン思考のワークショップを行っている。
今回の研修では，デザイン思考を体験するために，相手の課題を解決するコップ体験（コップを使って飲み物を飲む

図3

デザイン思考ワークショップ

ことに模した体験）を考えるワークショップを実践した。具
体的には，2 人 1 組でお互いにインタビューを行い，相手に提案する新たなコップ体験を絵で表現し，全体で発表し合った。
デザイン思考で最も重要なことは，人間中心にビジネスを考えることであり，多く・早く・安く，相手に伝わる程度の簡易試作（プロトタイピング）を繰り返し，精度を高めていくことや，組織に多様性があること，さらに心理的安全性も大事であることを学んだ。
3.3

Plug & Play Tech Center ピッチイベント

シリコンバレーの老舗イ ンキ ュベー ション施設であ る
Plug & Play Tech Center を訪問し，ピッチのイベントを見学した（図 4）。ピッチとは，スタートアップが投資家に対して，資金調達等の目的で，短時間で事業のプレゼンテーシ
ョンを行うものである。本イベントでは，5 名のスタートア
ップが順に登壇し，3 分間で事業のプレゼンテーションを行い，投資家ら 6 名のパネリストが採点・審査する形式で実施された。主なピッチの内容は，社会課題，課題の解決方

図4

ピッチイベント法，提案内容，市場規模，メンバー紹介の順に行われた。
イベント全体を通じて参加者が非常に多く，投資家とスタートアップ，スタートアップ同士などが絶えず各所で交流している様子がみられた。内発的動機を持ってチャレンジする人々を応援する
仕組みや集える場があることで，新たな産業を創造するリーダーが生まれやすくなると感じた。

4

結

言

本研修で学んだこと等は以下のとおり。
1) リーダーシップには内発的動機が重要であり，リーダーは自らの内発的動機について熱意を持って語り，メンバーを共感させ，行動に導くことが大事である。
2) 新たなものやことを生み出すためには，マインドセットが大事であり，人間中心にビジネスを考え試行錯誤を繰り返すデザイン思考の活用が有効である。
3) 新たな産業を創造するためには，内発的動機を持ち失敗を恐れずにチャレンジする姿勢と，
チャレンジする人々を応援する仕組みや集える場があることが大事である。
4) シリコンバレーで活躍する人材や研修参加者とのネットワークを構築することができた。

謝

辞

本研修の運営においてご協力いただいた B-Bridge International,Inc.の桝本博之氏に深謝いたします。また，研修を受け入れていただいたシリコンバレーの企業の皆様に御礼申し上げます。

－18－

ゼロエミッションを目指した
半芳香族ポリアミド樹脂の成形技術に関する研究【令和 3～5 年度環境・エネルギー関連技術研究開発事業】
工業技術センター

化学材料表面技術部

○

後藤喜一

置賜試験場

1

緒

高橋翔平

泉妻孝迪

特産技術部

数馬杏子

言

自動車の低燃費化のため，耐熱性が必要な電子機器部品へ半芳香族ポリアミド等の高性能樹脂の適用が期待されている。当該材料における成形加工における難しさは，脂肪族ポリアミド等に比べ成形温度が高く，熱酸化が発生しやすいため適切な成形加工条件が狭いことである。そのため，良品を得るためには，成形条件を守るだけでなく様々な対策が必要と考えられる。
近年，自動車はじめ，産業界では「資源循環型経済」等，環境や資源を意識した事業展開が重要視されていると考える。本研究は，半芳香族ポリアミドの成形品試作時における無駄な廃棄樹脂の削減を目指して，不具合の要因となる熱酸化，加熱滞留，ガス抜き機構に注目し，傾向と対策の検討を行った。本発表では，材料の熱酸化の定量化，射出成形に対する熱酸化の影響，ガス抜き機構
がウエルド強度に及ぼす影響について発表する。

2

実験方法
2.1

半芳香族ポリアミド

半芳香族ポリアミドは，市販の変性 PA6T，（三井化学(株)，CH230N）を用いた。
2.2

熱酸化サンプルとカルボニル基の相関

示差熱-熱重量同時測定装置（(株)リガク，TG8120）を用い、昇温速度 10℃/min で各保持温度（340℃，350℃，360℃）に昇温し、熱酸化サンプルを作製した。測定雰囲気は N2 と Air とした。サンプ
ル重量は，約 8mg とした。熱酸化サンプルのカルボニル基は赤外分光分析装置（(株)Perkin Elmer
Frontier FTIR）を用い，ATR 法で 1710 cm-1 のカルボニル基生成量を評価した。
2.3

射出成形

射出成形機は日本製鋼所(株)製 J100ELⅡを用いた。試験片は両端にゲートを持つ JIS K7152-1 に準拠したダンベル形状試験片を用いた。平行部は幅 10 mm，厚さ 4 mm である。成形温度は，ノズ
ル設定温度 320℃，金型温調機設定 100℃とした。
2.4

機械的特性評価（3 点曲げ試験）

3 点曲げ試験機は，(株)島津製作所製材料試験機オートグラフ AG-100kNX を用いた。

3

実験結果および考察
3.1

熱酸化サンプルとカルボニル基の相関

図 1 に加熱温度に対する重量減少率を示す。加熱温度が高いほど重量減少率は増加しており，重量減少はサンプルの熱分解によるものと考える。このことから，熱酸化を防止するためには成形温度を必要以上に高くしないことが必要である。また，空気雰囲気では，窒素雰囲気に対し，3 倍から 3.5 倍の重量減少率を示している。このことから，成形加工時において酸素の影響を強く受ける
ことがわかる。射出成形の可塑化工程において，空気の巻き込みがあると酸素の影響を受けて熱酸化が増加しやすいと考えられる。そのため，回転数，背圧の調整が重要と考えられる。次に，熱酸化の程度を定量的に評価する方法を検討した。熱重量分析後の残留物の赤外吸収スペクトルには，
1710 cm-1 にカルボニル基に由来する吸収が現れた。図 2 にカルボニル基の生成量に対する加熱温度の影響を示す。加熱温度が高いほどカルボニル基が多く生成されていることがわかる。380℃では，－19－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

340℃に対して約 5 倍であった。このことから，成形加工時の熱酸化の影響は、成形品のカルボニル
基生成量から定量的に評価できると考える。

,

図 2 カルボニル基生成量に対する

図 1 重量減少率に対する加熱雰囲気の影響

加熱温度の影響

3.2

射出成形サンプルのカルボニル基生成量

次に，ダンベル試験片の 3 か所（ランナー，ゲート，ウエルド）の表面から赤外分光分析用にサンプリングし，熱重量分析後の残留物と同様に ATR 法で 1710 cm-1 の吸収からカルボニル基生成量を吸光度で評価した。その結果，各部位の吸光度は、ゲート部が 5000，ウエルド部が 15000 以下であった。ランナー部サンプルにカルボニル基は見られなかった。特にウエルド部は，外観的に黒色で焼けが見られた。ノズル設定温度が 320℃であるにもかかわらずカルボニル基が検出された要因
として，ゲートがピンゲート（円錐形状）であるため，摩擦熱により樹脂温度が上昇したことと，ウエルド部はガスの逃げ場が無いため，ガスが圧縮されて温度上昇し，その影響で樹脂の熱酸化が進みカルボニル基の激増に至ったと考える。比較試験として，ウエルド部にガス抜き機構を配置して成形した。この場合は，カルボニル基は見られなかった。このことから，金型にガス抜き機構を設けることが局所的な熱酸化を防ぐことに有効であると考える。
3.3

ガス抜き機構がウエルド強度に及ぼす影響

金型のガス抜き機構によって，成形品ウエルド部の焼け（熱酸化の程度が著しく大きい）が著しく改善した。このことが，ウエルド強度に対して，どのように影響するか 3 点曲げ試験により検討した。その結果，どちらの弾性率も 6GPa で焼けの有無による弾性率の違いは無かった。しかし，破断強度に関しては，焼け無しが 70MPa，焼け有りが 50MPa となり，焼け有りは無しに対して破断強度が 3 割程度低下した。低下の要因としてウエルド部はガスの逃げ場が無いことから，ガスが樹脂どうしの間に入り，樹脂の密着を阻害したためと考える。このことから，ガス抜き機構は熱酸化だけでなくウエルド強度に対しても重要なポイントであると考える。

4

結

言

変性 PA6T（半芳香族ポリアミド）に関して，本研究で以下の知見が得られた。
1) 樹脂分解による重量減少は，温度が高いほど増加し，酸素雰囲気では窒素雰囲気の 3 倍から
3.5 倍の重量減少率となる。
2) 熱酸化は，1710 cm-1 の赤外吸収からカルボニル基生成量を定量することで評価できる。
3) 局所的な熱酸化を防ぐには，金型にガス抜き機構を設けることが有効である。
4) ガス抜き機構は熱酸化だけでなくウエルド強度に対しても重要なポイントである。

謝

辞

成形加工に関してご指導いただきました山形大学伊藤浩志教授に深く感謝申し上げます。

－20－

エンドミル加工時の“びびり振動”低減を目的とした振動解析システムの活用【令和 5 年度トライアル共同研究】
株式会社後藤精機
工業技術センター○

大串康敬，田中達也，鈴木和仁

庄内試験場

1

緒

○

精密機械金属技術部
機電技術部

○

金田亮

齊藤寛史

言

株式会社後藤精機では，半導体製造装置，自動車そして医療機械等に使用される部材を切削加工
等により製造している。材質は鋼材，アルミ合金，耐熱合金等多岐に渡り，ターニングセンター，
マシニングセンターそして 5 軸加工機を活用して様々な製品形状に対応している。新規の材質，製品形状の問合せにも積極的に取組んでいるが，切削加工が難しい形状，例えば深い穴や溝形状の場
合には，切削工具を長く保持する必要があることから不安定な切削加工の状態となり“びびり振動”が発生して加工面粗さの悪化とともに工具寿命が短くなる。ステンレス鋼や耐熱合金等の難削材料の場合にはより大きな“びびり振動”が生じるが，この場合には工具回転数や工具送り速度を下げることが多く，長い加工時間を要することになる。
山形県工業技術センターでは，“びびり振動”を抑制する工具（あるいは被削材料）回転数を解析することが可能な「振動解析システム」を令和 2 年度に導入している。
そこで，本システムを用いて解析出力した“びびり振動”の生じにくい「安定回転数」と“びびり振動”の生じやすい「不安定回転数」に設定した切削加工実験をそれぞれ行い，加工面粗さの測定値からその違いを確認した。

2

実験方法
図 1 は，切削加工の実験に使用したオーステ

ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼 SUS304 （ 60 × 60 ×90mm）である。使用した直径 32mm の切削工具（超硬インサート型，ハイスソリッド型）を
図 2 に示す。

図1

実験用材料（ SUS304）

図 1 の SUS304 は，図 3 に示すように，グラインディングセンター（日立精機(株)製
VMC40）の作業テーブルに固定したバイスに取り付けて実験を行った。切削工具の軸方向切込
み量を 40mm，直径方向の切込み量を 2mm にそれぞれ設定して図中の白色矢印の方向に切削加工を行い，加工終了後は材料をバイスから外Y

超硬インサート型

ハイスソリッド型

エンドミル
図2

エンドミル

Z

切削工具

加速度計
X
切削加工方向加工装置の作業テーブル
図3

切削加工実験

－21－

振動測定位置山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

して図 4 に示した方法により表面粗さを測定した。
表面粗さの測定には，ハンディサーフプラス（(株)東京精密製表面粗さ測定機）を使用した。
図 5 は，振動解析システムにより解析出力した「安定回転数」および「不安定回転数」を示しており，赤い曲線で示した頂点部が「安定回転数」，谷部が「不安定回転数」である。切削実験では，送り方向は Y

図 4 加工面粗さの測定

方向で実験し，「安定回転数」を 740min-1，「不安定回転数」を 720min -1 に，1 刃当りの送り量は 0.05mm
として送り速度（mm/min）を設定した。
520 600510

軸方向切切込み量，mm

1.4
1.2

740
720

910
1040 1200
1140
1000
880

1410

1
0.8
0.6
0.4

送りX

0.2
400

500

600

700

800

900

送りY

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

工具回転数，min-1
図53

振動解析システムにより導出した安定/不安定回転数

実験結果および考察
表 1 は表面粗さの測定結果である。算術平均粗さ Ra を示した。超硬インサートおよびハイスソ

リッド，どちらのエンドミルを用いた場合も安定回転数により切削した場合に Ra は小さくなった。
Ra が小さい値を得たハイスソリッド型エンドミルを用いて異なる回転数でも実験を行いその結果も示したが，この場合も安定回転数の時に Ra は小さい結果が得られた。
表1
切削工具
超硬インサート
ハイスソリッド

表面粗さの測定結果
Ra（μm）

回転数

Ra（μm）

-1

0.479

－

－

-1

0.651

－

回転数
安定

740min不安定 720min
安定740min-1

不安定 720min

-1

0.260
0.440

安定

910min

－
-1

0.236

-1

0.422

不安定 880min

工具刃先の顕微鏡観察も行ったが，使用前と使用後の明瞭な違いは確認できなかった。一方，表面粗さの測定結果では，不安定回転数により切削した場合に悪化したことから，さらに切削加工を継続した場合には，振動の影響により工具の摩耗が大きくなることが考えられる。

4

結

言

「安定回転数」と「不安定回転数」に設定した切削加工実験をそれぞれ行い，加工面粗さを測定した結果，工具回転数の違いはわずかではあるものの，「安定回転数」の場合に加工面粗さは良好な結果が得られており，振動解析システムの優位性が確認できた。

－22－

チタン合金の高能率研削加工技術及び工具の開発【令和 3～5 年度自動車キーテクノロジー支援研究開発事業】
工業技術センター

○

村岡潤一

佐藤貴仁

村上周平

齊藤梓

櫻井孝之

産業技術イノベーション課

一刀弘真

電動モビリティシステム専門職大学

五十嵐渉

山形県産業労働部

1

緒

大津加慎教

言

チタン合金は，軽量であり，高強度，高耐熱性，生体適合性を有することから，自動車，航空宇
宙，医療分野に高い需要がある。医療用器具などの特に表面粗さが必要な部品加工では，レジンボ
ンド砥石を用いた研削による仕上げ加工が行われている。しかし，チタン合金は，低い熱伝導率や高い化学的活性により 1），加工中に高熱を発するため工具が著しく摩耗する難削材として知られている 2）。レジンボンド砥石は，熱によってバインダーの樹脂が軟化することにより砥粒が脱落し加工能力を損なうため，短寿命であることが課題である。本研究では，耐熱性の向上を目的として，熱伝導率が高い多孔質金属に樹脂及び砥粒を含浸させた構造のメタルレジンボンド砥石を試作した（以下，試作砥石という）。試作砥石による多孔質金属

チタン合金の加工試験を行い，加工性能を研ダイヤモンド砥粒

削比，表面粗さ，砥石観察により評価した。

2

フェノール
樹脂

実験方法
図 1 に，試作砥石の構造を示す。試作砥石

空隙直径

は，連続気孔を持つ多孔質金属の中にフェノール樹脂及びダイヤモンド砥粒を含浸させた500μm構造となっている。表 1 に，試作砥石の構成
図 1 試作砥石の構造を示す。試作砥石は，多孔質金属（空隙直径0.5～3.0 mm，空隙率 80 ％），ダイヤモンド

表 1 試作砥石の構成

砥 粒 （ ト ー メ イ ダ イ ヤ 製 TMS 平 均 粒 径105µm）及びノボラック型フェノール樹脂（リ工具直径

グナイト製 LR-412）から成り，上記材料を温度 180 ℃，圧力 24 MPa にてφ30mm の円板状

材質：純銅
多孔質体

機製

VM40）を用い，円板状に成形した試作

砥石の外周部で，一辺 50mm，厚さ 2mm のチ

ダイヤモンド砥粒 平均粒径105µm
砥粒
トーメイダイヤTMS
砥粒集中度

ノボラック型フェノール樹脂
リグナイト LR-412

工条件は，研削速度 V=471m/min，半径方向切ップカットとし，加工中は水溶性研削液を供

50 (12.5 vol.%)

樹脂ボンド材

タン合金（Ti-6Al-4V）板を側面加工した。加込み量 t=0.05mm，送り速度 F=130mm/min，ア

空隙率：80％
空隙平均直径：0.5、1.0、1.5、3.0㎜ （4水準）に加圧成形した。表 2 に加工条件を示す。加工試験は，立型マシニングセンター（日立精

φ30mm

表 2 加工条件
研削速度V

471 m/min

半径方向切込みt

0.05 mm給した。砥石表面の観察には，環境制御型電送り速度F

130 mm/min

子顕微鏡（FEI 製 Quanta400）を，砥石消耗量

加工方法

アップカットの測定には，非接触三次元測定機（三鷹光器

総加工距離1400 mm（28パス）

製 NH-3SP）を用いた。ワークの除去量測定

加工液

水溶性研削液（ソリュブル系）

使用砥石

試作砥石 表1参照には，画像測定機（ミツトヨ製 SQV303-PRO）を，表面粗さ測定には，表面粗さ・輪郭形状

加工ワーク

チタン合金Ti-6Al-4V
50×50㎜，厚さ2mm－23－山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

測定機（ミツトヨ製 SV-C4000H4）を用いた。

3

実験結果および考察
図 2 に，試作砥石の空隙直径ごとの研削比を示す。実験の範囲において，研削比は空隙直径が小さくなるほど向上した。チタン合金研削における研削比の例としては，愛が調査した市販のレジン
ボンド砥石♯170 での研削比 16 が挙げられる 3）が，空隙直径 0.5 mm で，その 2 倍である 32 が得られ
図 2 試作砥石の研削比た。図 3 に，加工後のチタン合金の表面粗さ（Ra：算術平均粗さ）を示す。表面粗さ Ra は，実験の範囲においてほぼ一定であり，空隙直径との相関は認められなかった。図 4 に，電子顕微鏡による加工試験後の砥石表面観察の結果を示す。空隙直径 3.0 mm（図 4(a)）では，砥粒上に，切り屑が溶着している様子が観察された。また，砥粒の脱落も多く見られた。一方，空隙直径 1.5 mm 以下では，切り屑の溶着は確認されず，特に空隙直径 0.5mm では，砥粒の脱落もほぼ見られなかった（図図34(b),(c)）。

加工後のチタン合金の表面粗さ

試作砥石において，ポーラス金属の空隙直径を小さくすることは，砥石の熱伝導率の向上に繋が(a) 空隙直径 3.0mm

ると考えられる 4）。空隙直径の小さい試作砥石で溶着

は，熱伝導率が向上した結果として，切り屑の溶着が少なくなり，研削比が向上したと考えられる。

4

結

砥粒

言

100μm

多孔質金属を複合したレジンボンド砥石（試作砥石）を用いてチタン合金(Ti-6Al-4V)の加工を行った結果，市販砥石と比較して研削比が約 2 倍と(b) 空隙直径 1.5mm

なることがわかった。

謝

樹脂

砥粒

辞

本研究の一部は，大澤科学技術振興財団 2021 年

100μm

度一般研究助成の支援を受けたものである。

文(c) 空隙直径 0.5mm

献1) 田中善衛他：精密工学会誌，Vol 69, No.3,

砥粒2003, pp.380-384.
2) 佐藤秀明他：砥粒加工学会誌，Vol 55, No.4,

金属

2011, pp.22-27.
100μm3) 愛恭輔：現場で役立つ研削加工の勘どころ，2007，日刊工業新聞社，pp.120-123
4) 佐藤貴仁他：2023 年度精密工学会春季大会

図4

加工試験後の砥石表面観察（電子顕微鏡像）

講演論文集，pp.156-157－24－

超短パルスレーザによる cBN 工具の刃先成形(研修報告)【令和 5 年度高度技術者育成支援事業】
工業技術センター

1

緒

精密機械金属技術部

○

佐々木雄悟

言

cBN（cubic Boron Nitride）は，ダイヤモンドと同じ結晶構造であるため，非常に高い硬さ，高い
熱伝導率，低い熱膨張係数を有し，化学的にも安定しているため，切削工具として理想的な性質を持つ 1)。しかし，硬質な粒子の焼結体であるため，一般的な刃先成形法であるダイヤモンド研削では刃先のチッピングが発生しやすく，意図的に丸みを付けている。従来の cBN 工具は，刃先が鋭利でないため，精密加工において十分な仕上げ面粗さが得られていない。本研究では，超短パルスレーザを用いた刃先成形法である PLG（Pulse Laser Grinding）加工にて，従来法では困難な鋭利で且つチッピングが少ない刃先を成形し，加工実験から PLG 加工の効果を検証する。

2

実験方法
2.1

PLG 加工による cBN 工具の刃先成形

PLG 加工では，超短パルスレーザを長焦点レンズで集光し，円筒状の加工領域を形成する。この加工領域を工具の加工面に対して平行に近い角度で照射しながら，工具の稜線に倣い，繰り返し走
査し，切り込みを与えることで刃先を成形する。
本研究では，超短パルスレーザ（TeemPhotonics,PNV-M02510）で旋削加工用インサートチップの刃先を成形する。工具は，cBN 工具（住友電気工業株式会社，BN2000）を使用する。走査には高精
度ステッピングモータステージ（コムス株式会社，posicon）と多軸モーションコントローラ（Delta
Tau Data Systems，PMAC）を使用する。PLG 加工条件を表 1 に示す。PLG 加工後の刃先形状評価として電子顕微鏡（株式会社日立ハイテク，TM4000Plus）と白色干渉計（株式会社東京精密，Opt-scope）
にて観察を行う。
2.2

PLG 工具の性能評価

PLG 工具の性能を評価するため，NC 旋盤(オークマ株式会社，LT-200-M)で外周加工を行う。被削材は，高周波焼入れをした焼入れ鋼（SUJ2，HRC56～60）で，切削動力計（日本キスラー合同会
社，5019A）にて切削抵抗を測定する。加工後は，触針式表面粗さ測定機(株式会社ミツトヨ，SJ-410)
にて，表面粗さを評価する。旋削加工条件を表 2 に示す。
表 1 PLG 加工条件
1) レーザ出力条件

表2 旋削加工条件

2) レーザ加工条件

切込み量

30µm

波長

355nm

走査速度

1mm/sec

切削速度100m/min

パルス幅

350ps

往復回数

10回

送り速度

0.05mm/rev

平均出力

20mW

照射角度

5deg

切削距離

80m

繰り返し周波数

1kHz

1回の切込み量

0.5µm

加工液

ドライ

パルスエネルギー

20µJ

総切込み量

20µm

被削材形状

φ30mm

3

実験結果および考察
3.1

PLG 工具の刃先形状

図 1 に市販の cBN 工具と PLG 加工を施した PLG 工具の SEM 画像と白色干渉計で測定した断面形状を示す。SEM 画像および断面形状より，市販品（標準）は，刃先に R＝約 6μm のホーニングが施されていた。市販品（シャープエッジ）は，刃先が R＝約 3µm と標準品よりも鋭利になっていた－25－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

が，ダイヤモンド研削で成形しているため，刃先にチッピングが確認された。
PLG 工具の刃先は，R＝約 2μm 以下になっており，シャープエッジ品のようなチッピングは確認されず，鋭利な刃先であることが確認できた。
3.2

PLG 工具による旋削加工実験

図 2 に旋削加工実験の切削抵抗を示す。PLG 工具は，切削抵抗 3 分力全てで標準品，シャープエッジ品よりも抵抗値が低いことが確認された。また，切削抵抗合力は，標準品 20.7N，シャープエ
ッジ品 14.8N，PLG 工具 13.5N となり，PLG 工具は，標準品よりも 35％，シャープエッジ品よりも9％抵抗値が低い結果を得た。これは，刃先の鋭利化により切れ味が良くなったため，切削抵抗値が減少したと考えられる。
図 3 に，旋削加工後の被削材の粗さ曲線と算術平均粗さ Ra および最大断面高さ Rt を示す。表面
粗さの数値に関して，各種で大きな差は確認されなかった。しかし，PLG 工具の粗さ曲線は，他種と比べて山谷部が規則正しくなっており，ツールマークが良化している。これは，切れ味が良くなったことで，刃先形状が綺麗に転写されたためだと考えられる。
標準
すくい面

[m]

20

●標準品
Ra＝0.065
Rt＝0.63100

逃げ面

シャープエッジ

0

20

40
[m]

20

●PLG 工具
Ra＝0.063
Rt＝0.64
[m]

10
0

チッピング

PLG 工具●シャープ
エッジ
Ra＝0.063
Rt＝0.67

0

20

[m]

20

m

40

図 3 被削材の粗さ曲線（旋削加工後）

4
10
0

20m

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) PLG 加工により，市販の cBN 工具の刃先を
020

R＝約 2μm 以下に成形できた。

40

図 1 刃先の SEM 画像と断面形状

2) PLG 工具で加工することで切削抵抗が低減
し，ツールマークが良化した。

20

主分力
背分力
送り分力

16
12

謝

辞

研修を受け入れていただきました名古屋工業大学

糸魚川文広教授，生産機器研究室の皆様に深謝いたします。

8
4

文

献

1) K.S. Neo el al: Performance evaluation of

0
標準

シャープ
エッジ

pure CBN tools for machining of steel, J. of

PLG 工具Materials

図 2 各種の切削抵抗

Processing(2003), 326-331－26－

Technology,

140,デジタル工作機による治具・ロボットハンド作製の効率化【令和 3～5 年度ロボット応用システム開発事業】
工業技術センター

連携支援部企業支援室生産性向上科
山形県産業労働部

1

緒

○

齊藤梓

今野俊介

高野秀昭

連携支援部企業支援室

多田伸吾

産業技術イノベーション課

一刀弘真

言

近年，少子高齢化による人口減少が進んでおり，特に東北地域では労働人口の減少が顕著に進んでいる。県内製造業においても，人手不足は大きな課題となっている。こうした課題に対応するため，治具を導入して人の作業負担を軽減する
ことや，人が行っていた単純作業をロボットに代替させること等が進められている。一般に販売されているロボットハン
ドは図 1(a)に示すような汎用形状であり，これを使用するためには対象物（図 1(b)）の形状に合わせた専用の爪（図 1(c)）
を作製する必要がある。位置決め治具等に関しても同様に，
対象物の形状に合わせた専用設計が必要となる。
さらに，製造業における顧客ニーズは多様化しており，これらに対応するため多品種少量生産への対応が求められている。特に中小企業は多品種少量の受注が多く，前述したような専用の治具やロボットハンドを作製する場合は，多品種

図1

一般的なロボットハンドの使用例の製品に合うものを短期間で作製しなければならない。
一方，3D プリンタやレーザ加工機などの「デジタル工作機」は，高性能化，低コスト化が進んで
おり，無料で使用できる 3D-CAD も存在する。これらは，他の方法と比較して個別作製のコストが低く，多品種少量の工程で使用する治具やロボットハンドの作製に適している。本研究では，こうしたデジタル工作機の特徴を踏まえて，更に効率的に運用する方法を検討した。

2

検討方法
2.1

パラメトリック機能を使ったモデルデータの作成

デジタル工作機を使用するためには，造形するものの寸法や角度等の情報を持ったモデルデータ
をその都度準備する必要がある。CAD によるモデルデータ作成の課題の一つに，モデル作成工程に時間がかかることがある。そこで，パラメトリック機能という CAD の機能によるデータ作成の効率化を検討した。パラメトリック機能とは，形状を決める際にパラメータをもとに寸法等を定義し，モデル作成後にパラメータの調整が可能な機能である。この機能を持つフリーソフトウェアである
OpenSCAD について調査し，パラメトリックなモデルの例として，円柱形状の対象物を把持するためのロボットハンド等を作成した。また，作業標準化のため，パラメトリックなモデルの作成フローをまとめた。
2.2

治具・ロボットハンドの造形ノウハウ収集

治具・ロボットハンドの作製に適した装置として，材料押出方式 3D プリンタ，光造形方式 3D プ
リンタ，レーザ加工機等のデジタル工作機を導入した。導入装置はそれぞれ造形原理が異なり，加工可能な材料や造形しやすい形状等に特徴がある。造形原理を考慮しないモデル形状の場合，造形に失敗することもあることから，造形失敗による納期遅れを防ぐためのノウハウ収集を行った。導
入装置は，令和 4 年 4 月から企業向けに設備貸与を開始した。また，技術センターの研究用途の治－27－

山形県工業技術センター第 87 回研究・成果発表会講演要旨集(2024)

具作製にも利用している。相談案件ごとに最適な造形方法の検討や，複数の方法による造形結果の比較を行った。
2.3

活用事例集の作成

デジタル工作機活用を普及するため，治具・ロボットハンドの作製方法について，相談対応した企業や技術センター内部の事例を収集し事例集としてまとめた。

3

結果および考察
円柱状の対象物を把持するためのロボットハンドとして図 2 のよう
図2に対象物とそれを把持する爪の断面形状を定義し，対象物の直径 D，爪形状の定義爪の厚さ T，クリアランス C をパラメータとするモデルを作成した。
D は 10～50mm の範囲で設定できるようにして，D の値を入力すると
図 3 に示すようにその値に対応したモデルが作られる。このようなパ
ラメトリックなモデルの作成には通常のモデルデータ作成よりも時間がかかるが，モデルができれば，パラメータ変更によるモデル出力

図3

は即時に可能となる。対象物の直径が複数必要になることが見込まれ作成したロボット
ハンド爪る場合には，パラメトリック機能によりモデル作成が大幅に効率化される。また，パラメトリックモデル作成の手順として，まず汎用の CADで標準的なモデルを作成し，モデルの中でパラメータ化が必要な部分を抽出し，その後 OpenSCAD によりパラメトリックモデル化する。このような段階を踏むことで情報が整理され，手戻りが少なくなった。
このモデル作成作業を標準フローとしてまとめた。
次に，複数の加工機を比較した事例を示す。対象は，図 4 に示す

図4

サンプル位置決め治具

図5

加工機による比較

サンプル位置決め治具で，これは 305mm×226mm×36mm の直方体の中に 256mm×86mm の長方形の孔があいた形状をしている。
これを材料押出 3D プリンタで造形した場合，図 5 左に示すように熱収縮により造形品に反りが生じてしまった。そこで，レーザ加工機によって切り出した板を組み合わせる方法で同様の形状を作製したところ，反りのない造形品が得られた。この方法では，切断加工した部品を組み立てて接着する工程が必要となるが，作製にかかる全体の時間は材料押出 3D プリンタで造形するよりも短くなる。このことから，平板型の直方体形状のモデルを作製す

るには，材料押出 3D プリンタよりもレーザ加工機の使用が適していると考えられる。このように，造形に失敗した事例を収集し，その原因や対処方法に関するノウハウも蓄積することで試作回数の低減につなげたいと考えている。こうした活用事例を 17 件収集することができた。

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) 複数パターンのモデル作成が見込まれる場合，パラメトリック機能によりモデル作成が効率化される。
2) 平板型の直方体形状のモデル作製には，材料押出方式 3D プリンタよりもレーザ加工機の使用の方が適している。
3) 試作用途や形状に応じたモデル作成方法や使用するデジタル工作機の選定について，事例を収集し，再利用しやすいように情報を整理した。

－28－

第 87 回

研究・成果発表会講演要旨集（2024.7 月）

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