ISSN

0286-813X

山形県工業技術センター報告
REPORTSOFYAMAGATARESEARCH

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY

No. 55（2023）

山形県工業技術センター
YAMAGATARESEARCH

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY

目
論

次

文

生産性向上のための IoT 工程測定システムの構築･････････････････････････････････････
中村信介 奥山隆史

1

漏洩電磁波の分析手法確立･････････････････････････････････････････････････････････
村山裕紀 近尚之

4

超音波噴霧解析と MEMS 精密電鋳技術によるマイクロミスト発生用
金属メッシュの開発･････････････････････････････････････････････････････････････ 10
渡部善幸 加藤睦人 矢作徹 村山裕紀 山田直也 鈴木一徳 齋藤潤一
三澤孝夫 ペトルス・ヤサヤ・サモリ 鈴木寿徳 中西為雄

オニオンライクカーボンを固体潤滑材として用いたしゅう動材の研究･･･････････････････ 14
後藤仁 櫻井孝之 佐々木雄悟 木村直樹 山口健

高視野角・高解像度浮遊映像を実現するマイクロレンズアレイの開発････････････････････ 20
齊藤寛史 佐々木雄悟 小林庸幸 木村直樹
澤村一実 片倉真也 大森昭広 遠藤大奈

切削加工におけるびびり振動抑制と加工能率改善･････････････････････････････････････ 26
佐々木雄悟 齊藤寛史 木村直樹

超短パルスレーザーを用いた無酸素銅表面への LIPSS 生成条件の調査･･･････････････････ 30
佐藤貴仁

蔵付き酵母の醸造特性の評価･･･････････････････････････････････････････････････････ 34
下川浩太 長谷川悠太 工藤晋平 奥山隆史 中村信介 大比良信孝 神理

山形県産早生樹の有効利用技術の開発･･･････････････････････････････････････････････ 37
江部憲一 滝口寿郎 今野俊介 仁藤敬喜

－i－

中小企業イノベーションにおける思考の明示化･･･････････････････････････････････････ 42
三井俊明 古川柳蔵

ものづくり中小企業経営者の思考の明示化と地域性―米沢地域を事例として―･････････････････････････････････････････････････････････ 47
三井俊明 古川柳蔵

抄

録 ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 53－ii－

CONTENTS
PapersDevelopment of system to measure processes using internet of things for improving productivity･･･
Shinsuke NAKAMURA Takahumi OKUYAMA

1Establishment of analysis method for leaked electromagnetic waves･･･････････････････････････････
Hiroki MURAYAMA Naoyuki KON

4Development of metal mesh for micro mist generation using ultrasonic spray analysis and MEMS
precision electroforming･････････････････････････････････････････････････････････････ 10
Yoshiyuki WATANABE Mutsuto KATO Toru YAHAGI Hiroki MURAYAMA
Naoya YAMADA Kazunori SUZUKI Junichi SAITOU Takao MISAWA
Petrus Yasaya Samori Toshinori SUZUKI Tameo NAKANISHI

Research on tribomaterials using onion-like carbon as a solid lubricant････････････････････････ 14
Hitoshi GOTO Takayuki SAKURAI Yugo SASAKI Naoki KIMURA
Takeshi YAMAGUCHI

Development of Micro-Lens Array to obtain Wide-Viewing Angle and High-Resolution Floating
Display･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 20
Hiroshi SAITO Yugo SASAKI Tsuneyuki KOBAYASHI Naoki KIMURA
Kazumi SAWAMURA Shinya KATAKURA Akihiro OHMORI Taina ENDO

Chattering Vibration Suppression in Cutting and Improvement of Machining Efficiency･･････････ 26
Yugo SASAKI Hiroshi SAITO Naoki KIMURA

Research of LIPSS formation conditions on oxygen-free cupper surface using ultrashort-pulsed
laser･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 30
Takahiro SATO

Evaluation of brewing characteristics of yeast derived from sake breweries･････････････････････ 34
Kota SHIMOKAWA Yuta HASEGAWA Shimpei KUDO Takashi OKUYAMA
Shinsuke NAKAMURA Nobukaka OHIRA Masashi JIN－iii－

Development of technology for effective use of fast-growing tree species harvested in Yamagata
Prefecture･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 37
Kenichi EBE Toshio TAKIGUCHI Shunsuke KONNO Takanobu NITO

Thinking Model for Japanese Small and Medium-sized Enterprises Innovation Explicated by
OntoIS･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 42
Toshiaki MITSUI Ryuzo FURUKAWA

Explicating the Thinking Processes of Managers in Small and Medium-sized ManufacturingEnterprises Using Action Decomposition Trees and Their Regional Characteristics: A case study ofYonezawa Region･･･････････････････････････････････････････････････････････････････ 47
Toshiaki MITSUI Ryuzo FURUKAWA

Abstracts ････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 53－iv－

生産性向上のための IoT 工程測定システムの構築
中村信介

奥山隆史

Development of system to measure processes using internet of things for improving productivity
Shinsuke NAKAMURA

1緒Takahumi OKUYAMA

言

近年，製造業では生産性向上のため IoT や AIを用いた現状把握や改善，維持管理が主流となっている。しかし，県内中小企業では費用や専門知識の習得が問題となり，IoT を用いた現状把握や AI を用いた維持管理を進めることが難
しく，生産性向上に結び付けることができてい図1ない。また同種のシステムも多数市販されてい

IoT システム構成

るが高額になることがほとんどで，自社工程との相性や効果を見積もれない企業では導入に至っておらず生産性向上まで進められていない。
そのため，本研究では低コストかつ分野外の方でも扱える汎用 IoT システムの雛形を構築し，これを企業毎や目的に応じてカスタマイズする
ことで，自社工程との相性や効果見積もりの一助，内製のベースや専門知識の習得教材などとし，県内企業の現状把握の支援を行うことを目

図2

的とする。さらに，工程の維持管理を考慮し AI
を用いて，工程の正常・異常状態を判断する機

デモ機

2.2 エッジデバイス能も実現する。

エッジデバイスのハードウェアは ESP32 系列を採用した。これは下記の特徴を持つ。

2

IoT システムの雛形構築

1) Wi-Fi や Bluetooth といった通信方式を内蔵

2.1 システム概要しながら安価

一般的な IoT システムと同様のエッジデバ

2) 接続可能なセンサ自体が多種多様かつ安価

イスとサーバーからなる図 1 の構成とした。

3) 外装や画面を付与した派生モデル（M5Stack ,また，通信方式は普及している Wi-Fi2.4GHz

M5Stick 系列）がある

帯を用いることで，ルータや後述のエッジデ

4) 入手性が良い

バイスを安価かつ扱いやすいものにし，スマ

ESP32 系列と開発した図 3 のファームウェア

ートフォンやタブレット，PC といった収集情やソフトウェアと組み合わせることで，プログ

報端末で手軽に参照できるものとした。構築

ラミングをすることなくグラフィカルユーザー

例として図 2 に本研究の活動で使用したデモ

インターフェース（GUI）の操作のみで，Wi-Fi

ンストレーション機（雛形のカスタマイズ品）

やデバイス ID，サンプリング周期や送信先サーを示す。

バー等を設定できる汎用性の高いエッジデバイ
スを実現し，市販部品を揃えるだけでプログラ
ミングやハンダ付け，ケース作成といった作業－1－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

を省略した。（図 4）

AI を用いた正常異常判断では，Sony の Neural
Network Console(NNC)を 用 いて正 常異 常の パ
ターンを機械学習させたモデルを作成し(図 6)，Open Neural Network Exchange 形式経由で学習済みネットワークの読み込みや動作をさせる形で実装し，画面やメール，LINE を通じて通知する機能を実現した(図 7)。ただし，AI では目的や精度に応じて学習の知識や組み込み用のプロ

図3

図4

グラム知識が必要である。

エッジデバイスの書込＆設定

エッジデバイス接続例（温湿度計）
図62.3 サーバー

NNC による学習モデル作成例

IoT サーバーには MQTT やデータ処理，デー
タベース，グラフ表示(図 5)の機能を付与する
ため，各種オープンソースソフトウェアをインストールした。管理ツールとして仮想環境のソフトウェアを用いることでインストールの簡易化とサーバーPC 選択の自由度を高めた。
結果，ハードウェアとしてラズベリーパイや
ミニ PC，デスクトップ PC はもちろんのこと，NAS といった環境にも展開が可能で，企業は費用と機能を考慮して選択できる。

図7

3

LINE での異常通知例

企業支援結果本研究では，共同研究 9 件，ORT 研修 3 件，

外部制度を用いた支援 2 件の合計 12 社 14 件の支援を行った。そのうちの 3 件を例示する。
3.1 加工機械の稼働率測定
図5

電流センサと足踏みスイッチを用いて図 8 の表示画面例

加工機の稼働率を測定した。稼働率が明確にな

2.4 タイムサーバーと正常異常判断機能

り，稼働率を上げるために工場内のレイアウト

その他の機能として，タイムサーバーと AI

変更に着手し，生産性の向上に繋げている。
3.2 防油提の監視を用いた正常異常判断機能を実装した。
タイムサーバーは社内ネットワークからインタンクからの漏液を監視する目的で図 9 のターネット上のタイムサーバーに繋げない場合

ように pH や水位を計測した。今後，注意喚起の代わりとして機能する。

の連絡や正常時の排水の自動化に繋げ，巡回の

－2－

中村

奥山：生産性向上のための IoT 工程測定システムの構築

労力の削減を段階的に進めている。

4

つながる工場テストベッド事業
本研究を通して，令和 4 年度から 6 年度の期

3.3 醸造過程の温度監視
麹造りや仕込みの醸造過程の温度を図 10 の間に産業技術総合研究所（産総研）のつながるように防水温度センサで計測した。醸造過程を

工場テストベッド事業へ参画することになった。

連続的に計測することで温度管理の適正・妥当性を確認している。

5

結言本研究で得られた成果は以下のとおりである。
1) 低コストかつ分野外の方でも扱える汎用的な IoT 測定システムの雛形を構築した。
2) 雛形システムを用いて企業支援をすること
で，12 社 14 件の支援を実施した。これらにより，県内企業の品質管理や生産性向上，省力化に寄与することができた。
3) 産総研のつながる工場テストベッド事業への参画ができ，今後も研究成果物を用いて県内企業の IoT 化の継続支援が可能となった。

図 8 加工機械の稼働率測定

図 9 防油堤の監視

図 10 醸造過程の温度監視－3－漏洩電磁波の分析手法確立
村山裕紀

近尚之

Establishment of analysis method for leaked electromagnetic waves
Hiroki MURAYAMA

1緒

Naoyuki KON

言

身の回りの電気・電子機器は年々増加しており，それに伴って電子機器から漏洩する電磁波（以下，電磁ノイズとする）による問題も増加している。電磁ノイズは，空間や配線を伝搬して周辺に存在する電子機器に誤動作などの悪影響を与える可能性があるため，国際的な規格により規制されている。日本国内では，VCCI 協会
が定める規格により規制されており，電子機器で発生する電磁ノイズが規格値以下となるよう対策を実施しなければならない。電磁ノイズは，視認することができず，また回路基板・部品特性・製品動作・筐体設計など複数の要因が関連して発生するため一般化された対策がない。そのため，これまでは技術者の勘と経験に頼る対策方法となることが多く，技術の蓄積や技術者の育成が困難であった。電磁ノイズの対策には
図 1 に示すようにノイズ発生源と伝搬/放射箇所を特定する必要がある。そこで本研究では，製品から漏洩する電磁ノイズの分析・対策フローを具体的な対策事例とともに体系化した。

図 2 電磁ノイズ分析・対策フロー方法を考案するまでの一連のプロセスを体系化したものである。電磁ノイズの分析は，主に簡易的にノイズの発生と漏洩原因を検証できる実測評価手法と，ノイズの発生から漏洩までを可

図 1 ノイズ分析のイメージ

2視化し設計にフィードバック可能なシミュレー

電磁ノイズの分析手法

ション手法の 2 つの手法から構成されている。

2.1 構築した分析手法

実測及びシミュレーションによって電磁ノイズ

電磁ノイズの分析・対策フローを図 2 に示す。

の発生要因を明確化することで，技術者の経験

図 2 のフローは，実測評価やシミュレーションによらず効果的な対策を考案することができる。

を用いて，電磁ノイズの発生要因分析から対策

また，その対策方法を技術として蓄積すること【令和 2～4 年度

技術開発・改善事業

研究課題】

－4－

村山

近：漏洩電磁波の分析手法確立

2.2.3 ノイズ電流測定による分析ができる。

電磁ノイズは，回路や筐体中を電流という形

2.2 実測評価手法
簡易的にノイズの評価が可能な実測評価手法

で流れる。図 5 のように電磁界プローブを用いとして図 3～図 8 の 6 種類の手法を選定した。

てノイズ電流を直接測定することで詳細に伝搬各手法は，文献やセミナー等で調査した手法か

経路を分析することが可能である。

ら，当センターで実施可能かつ効果的に分析が可能な手法として選定した。電磁ノイズは，周波数によって伝導ノイズと放射ノイズに区分されており，後半の図 6～図 8 は放射ノイズ専用の分析手法となっている。電磁ノイズの発生要
因と伝搬経路を特定するため，手法を選択して分析を実施する必要がある。

図 5 ノイズ電流測定による分析

2.2.1 動作モードによる分析
2.2.4 電磁波の偏波による分析（放射）図 3 のように，電子機器に搭載されている回路には様々な機能を持つ回路が搭載されている。

放射ノイズは，アンテナの切り替えにより水

電磁ノイズは，それらの回路のいずれかが発生

平方向偏波と垂直方向偏波の 2 種類を測定する。

源となっているため，動作する回路を切り替え

それらの偏波を比較することで，製品のどの部ながら測定することでノイズ源を特定できる。

分から放射されているかを推定することができる。図 6 の例では，水平偏波のノイズレベルが高いことから，水平方向の配線から放射されているノイズであることがわかる。

図 3 動作モードによる分析
2.2.2 部品位置変更による分析
電磁ノイズの経路となっている部品や配線の位置を変更すると，測定される電磁ノイズの特

図 6 電磁波の偏波による分析

性が変化するため，電磁ノイズの伝搬経路を特定もしくは切り分けることができる。電磁ノイ2.2.5 放射パターンによる分析（放射）ズが回路から筐体に対して流れている場合，図放射ノイズはターンテーブルを回して 360°4 の例のように筐体に取り付けられた部品の位の放射パターンを測定する。放射パターンが既置を変更することで電磁ノイズが大きく減少するため経路を絞り込むことが可能である。

図 7 放射パターンによる分析
図 4 部品位置変更による分析－5－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

存のアンテナと似通った特性を示す場合，そのみ合わせて作成する。1)測定回路の電圧の解析

ノイズの放射箇所は，放射パターンが似ている

結果を FFT（高速フーリエ変換：Fast Fourier

既存アンテナと同等のメカニズムでノイズを放Transform）することで電磁ノイズの測定結果と射していることが知られている。図 7 の例では，相関がある結果を得ることができる。本シミュ

ノイズの放射パターンがダイポールアンテナとレーション上で対策部品の等価回路モデルを挿同じ放射パターンとなっていることが分かる。

入することで，実際の対策効果の見積もりや最そのため、製品でダイポールアンテナと似た形

適化が可能となる。

状となっている電源配線から放射されている可能性が高いと推測できる。
2.2.6 インパルスフィルタによる分析（放射）VCCI 規格では，静電気のような発生頻度の低いノイズは対策が不要である。しかし，測定結果には表れてしまうため，対策すべきノイズ
か否かを見極める必要がある。インパルスフィ
ルタを使用し，発生頻度の低いノイズを除去することで，図 8 のように対策をすべき箇所の迅
速な切り分けが可能である。

図 9 伝導ノイズシミュレーション手法
2.3.2 放射ノイズシミュレーション手法
放射ノイズは 30MHz 以上の周波数であるため，基板サイズに対して波長が無視できない場
合がある。そのため，放射ノイズのシミュレー
ションは，ほとんどの場合電磁界シミュレーシ
ョンで実施される。図 10 に放射ノイズシミュ

図 8 インパルスフィルタによる分析

レーションの一例を示す。本シミュレーション
2.3 シミュレーション手法

では，周波数ごとに電磁ノイズが放射されやす

実測評価手法を用いれば，迅速にノイズ源及び伝搬経路の推定が可能であるが，具体的な対策方法の検討や対策部品の選定は技術者の技量にゆだねられる。シミュレーションを用いることで技術者の技量に影響を受けない対策を実施することが可能となる。伝導ノイズ，放射ノイズそれぞれについてシミュレーション手法を調査・選定した 1)～3)。
2.3.1 伝導ノイズシミュレーション手法
伝導ノイズは周波数が 9k～30MHz まであり，
波長と比較して基板サイズが十分に小さいため，
シミュレーションは電気回路シミュレーションで実施されることが多い。図 9 にシミュレーションモデルの一例と解析結果を示す。解析モデ
ルは，30MHz までのインピーダンス特性を再現した部品および測定回路の等価回路モデルを組－6－

図 10 放射ノイズシミュレーション手法

村山

近：漏洩電磁波の分析手法確立

い配線位置を可視化することができる。現状の結果を図 13 に示す。図 13 より，基板に搭載さ設計で放射源になっている配線の明確化と，設れているインバータ回路を停止させることによ

計変更の妥当性を可視化することが可能となる。

り，ノイズレベルは大きく低下することが分かった。このことから，本分析対象基板のノイズ

電磁ノイズの発生要因分析と対策方法
立案事例

源はインバータ回路であると推定できる。続い

本章では，図 2 に示すフローを用いた電磁ノでは金属筐体にねじ止めされていた DC モータ

イズの伝導ノイズ分析事例を示す。図 11 に分ーを取り外し，筐体の外に移動してノイズレベ

析を実施する回路を示す。図 11 は，DC モータ

ルを測定した。

3て，部品位置の分析結果を図 14 に示す。図 14

ーの駆動基板であり，VCCI 規格に沿った伝導ノイズ測定で得られた結果が図 12 である。図12 の測定時は，フィルタ回路は未接続の状態とした。図 12 より，伝導ノイズはノイズレベルが
VCCI 規格の限度値を大幅に超過しており，対策が必要であることが分かる。本章では，伝導ノイズの分析手法を適用し，ノイズ源および伝搬経路の明確化，具体的な対策考案，対策の効果検証までの流れを示す。
図 13 動作モードによる分析結果

図 11 分析対象基板
図 14 部品位置による分析結果
図 14 より，モーター位置を変更することでノイズレベルが規格限度値以下まで大幅に低下することが分かった。このことから，今回対策が必要なノイズは DC モーターを経由して金属筐体に対して流入している可能性が高いことが推定できる。最後に，電磁界プローブを用いて各種配線に流れる電流の周波数特性を測定した。
図 15 にその結果を示す。アース線，DC モータ
ーと基板を接続するモーター配線，AC の電源

図 12 対策前のノイズレベル

線の 3 か所で，図 12 の伝導ノイズと同じ周波3.1 実測評価手法を用いた電磁ノイズ発生
要因分析

数特性を持つノイズ電流が測定されることが分かった。図 13～図 15 の結果を基板の回路図に

電磁ノイズの発生要因を簡易的に推定するた

記載すると図 16 のようになる。ノイズ源で発めに，動作モードによる分析，部品位置による

生した電流は，回路や筐体中を流れて再びノイ

分析，ノイズ電流測定による分析を実施した。

ズ源に戻る性質がある（キルヒホッフの第一法

動作モードを変更した場合の伝導ノイズの実測則）。そのため，ノイズが流れていると推定され－7－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

回路の等価回路を組み合わせて作成されている。
等価回路は，部品のインピーダンスの周波数特性を 1 点ずつインピーダンスアナライザにて測定し，その特性を再現可能なモデルを作成した。
コイルのほかにも，モーターや筐体部分も等価回路モデルとして作成した。ノイズ測定に用いる LISN は，国際規格（CISPR16-1-1）に掲載されている回路をそのまま使用した。

図 15 ノイズ電流測定による分析結果
る箇所とノイズ源を，ループを描くように結ぶ
こととそれがノイズの伝搬経路であると推測で

図 17 伝導ノイズシミュレーションモデル

きる。本基板では，図 16 の破線経路がノイズの伝搬経路と考えられる。この伝搬経路中にノイ

本シミュレーションモデルを用いて，図 16 でズを測定する回路である LISN（疑似電源回路網）

推定したノイズの伝搬経路の妥当性を検証した。

が含まれているため，ノイズレベルが高く測定

モーター配線，アース線，電源線に流れるノイ

されていると考えられる。実際のノイズ対策の

ズ電流を抽出した結果を図 18 に示す。図 18 か場合は，現段階で対策の考案・効果検証を実施

ら，各配線を同一タイミングで流れているノイすることが可能であるが，本研究ではさらに踏

ズ電流が完全に一致することが分かった。この

み込んで図 16 の原因推定が妥当であるかを伝ことから，図 16 で推定したノイズの伝搬経路

導ノイズシミュレーションで確認する。
3.2 シミュレーション手法を用いた電磁ノイズ発生要因分析
図 17 に伝導ノイズのシミュレーションモデ
ルを示す。本モデルは，回路部品や筐体，測定

図 16 ノイズの発生原因推定

図 18 ノイズ電流比較

－8－

村山

近：漏洩電磁波の分析手法確立

が妥当であることが分かった。
3.3 電磁ノイズ対策事例
図 16 のノイズの発生原因と図 17 の伝導ノイ
ズシミュレーションを用いて，電磁ノイズ対策を考案した。一般的な電磁ノイズの対策は，ノイズ源で抑制方法か，もしくは伝搬経路上で抑制方法のどちらかを選択することになる。今回
は，ノイズ伝搬経路の一部である AC 電源ラインに対してノイズ対策回路を追加した効果をシ

図 21 フィルタ回路有無によるノイズ比較

ミュレーションで見積もり，実際の対策効果を（実測結果）

評価した。図 19 にノイズフィルタ回路を追加したシミュレーションモデル，図 20 にフィル

4タ回路の有無による伝導ノイズのシミュレーシ

結言

電磁ノイズの分析手法について研究を行い，ョン結果を示す。図 20 より，ノイズフィルタ回

以下の知見が得られた。

路を挿入したことで，30dB 程度ノイズレベルが1) 実測評価手法により，ノイズの発生源および低下する可能性があることが分かった。

漏洩箇所を特定することが可能である。
2) シミュレーションを併用することで，実測で特定したメカニズムの理論検証が可能である。
3) 実測とシミュレーションを併用した一連の分析フローについて，当センターの標準手法としてまとめた。

図 19 フィルタ回路を搭載した解析モデル

文献1) 白木康博，佐々木雄一：等価回路による車載機器の伝導ノイズシミュレーション, エレ
クトロニクス実装学会誌 Vol.18 No.5(2015)2) 北川 亘, 前川 佐理：電力変換装置における伝導ノイズシミュレーションとモデリング
技術，電力変換装置における実用的な EMC
対策技術 P56(2022).
3) 高橋丈博，渋谷昇 : 放射ノイズシミュレー
ション，回路実装学会誌 Vol.12 No.5(1997)

図 20 フィルタ回路有無でのノイズ比較（シミュレーション結果）
続いて，図 11 の回路にてフィルタ回路を接続状態にして伝導ノイズの測定を実施した。測定
結果を図 21 に示す。図 21 より，フィルタ回路を接続することにより，30dB 程度のノイズ抑制効果があることが分かった。この抑制量は図 20のシミュレーション結果と同等の結果であり，伝導ノイズシミュレーションにより事前に効果の検証が可能であることが確認できた。

－9－

超音波噴霧解析と MEMS 精密電鋳技術によるマイクロミスト発生用金属メッシュの開発
渡部善幸
加藤睦人
矢作徹
村山裕紀
山田直也
鈴木一徳 ＊
齋藤潤一 ＊
三澤孝夫 ＊
ペトルス・ヤサヤ・サモリ ＊鈴木寿徳 ＊
中西為雄 ＊＊Development of metal mesh for micro mist generation using ultrasonic spray analysis
and MEMS precision electroforming
Yoshiyuki WATANABE
Kazunori SUZUKI＊

Mutsuto KATO

Junichi SAITOU＊緒

Hiroki MURAYAMA＊＊

Takao MISAWA

Petrus Yasaya Samori

Naoya YAMADA
Toshinori SUZUKI＊

Tameo NAKANISHI＊＊

and1

Toru YAHAGI

言な噴霧条件が選択されるが，薬液の種類・液性

ネブライザは，呼吸器疾患患者の気道内の加（表面張力・粘度）の違いから，ぜん息発作治

湿や薬液投与により，症状の緩和，治療を行う

療薬（アレベール，べネトリン／ビソルボン混

医療機器である。薬剤をマイクロミストにし気合液など）や COPD 治療薬（ビソルボン，ムコ

管支や肺胞に送り込むドラッグデリバリー装置

フィリンなど）の薬液は噴霧が困難であるといで，小児ぜんそく，気管支喘息，慢性閉塞性肺う課題がある。
そこで本研究では，キーパーツである金属メ疾患(COPD)などの治療に使われている。
マイクロミスト発生用金属メッシュが搭載さ

ッシュについて薬液噴霧の超音波噴霧解析（流れる超音波駆動メッシュ式ネブライザ（図 1）体解析）による最適構造設計，ムービングフォ

は，携帯可能であることから，職場や学校，外ーカス露光法・波長選択性露光法による 3 次元

出先，在宅治療での活用が増えており，年 100

形状フォトレジスト形成（電鋳型），精密電鋳技

億円の市場規模で，2018 年の JEITA 予測によれ術を検討し，微細かつ均一な粒径の噴霧，マイ

ば年 10％以上の成長分野である。

クロミスト化が困難な薬液の噴霧を実現したのメッシュ式ネブライザを用いた治療は，病気で報告する。

の種類や病状，年齢，体格などによって，最適

図1【令和元年～３年度

経済産業省＊スズキハイテック株式会社

ネブライザ

戦略的基盤技術高度化支援事業】＊＊山形大学 大学院理工学研究科－10－渡部 加藤 矢作 村山 山田 鈴木 齋藤 三澤 ペトルス 鈴木 中西：
超音波噴霧解析と MEMS 精密電鋳技術によるマイクロミスト発生用金属メッシュの開発

2

超音波噴霧解析（流体解析）

3

ネブライザの課題解決のため，流体解析ソフ

3 次元形状多段レジスト電鋳型
噴霧液滴の粒径及び噴霧量の均一化を目的に，

ト OpenFOAM を用いて最適噴霧を実現する金流体解析をもとに金属メッシュ形状（穴径，プ属メッシュ設計ツールを構築した。これによ

ロファイル，配置密度）を実現するための 3 次

り，メッシュ作製コストの削減，噴霧性能の向元形状多段レジスト作製技術を検討した。フォ上（噴霧量増，均一粒径分布），噴霧の多機能化

トレジストは精密電鋳の型となるもので，逆テ（粒径選択）を実現することができた。構築しーパ形状の微細な 3 次元形状を有する 2 層レジた設計ツールにより，粘性，表面張力が異なるストとした。この形状を実現する方法として，

3 分類の液性の薬液について，噴霧が可能であ

深さ方向に焦点位置を変えながら露光するムーること，噴霧量の増大，微細液滴の噴霧が可能

ビングフォーカス露光法，及びレジストの種類，

なメッシュ設計技術を確立した（図 2）。

積層構造により波長を選択して露光する波長選1),2)択露光法を検討した（図 3）。フォトレジストの塗布膜厚，現像，露光の面内ばらつきの課題を克服し，直径 8 インチ基板におけるレジスト形
状均一性 10%以下の目標を達成した。また，超音波噴霧解析をもとに，金属メッシュの形状を変えた 5 種類の 3 次元構造をもつフォトレジス
ト電鋳型を作製した。

4

精密電鋳技術
精密電鋳めっきシステムを設計，製作し，微細構造を有する金属メッシュを均一に作製する技術を開発した。精密電鋳めっきシステムは，
電磁界シミュレーション（ANSYS Maxwell）により，めっき槽，基板，固定治具，電界遮蔽板，めっき液の配置をもとに設計，作製した。電鋳図 2 OpenFOAM を用いた超音波解析

めっきは，基板の前処理法，めっき液の調製，(a)ムービングフォーカス露光法

図3(b)波長選択露光法

3 次元形状フォトレジストの形成法－11－山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

電界めっき条件（電流印加方法等）を検討の上，

5

特性評価

マルチ噴流電極アクティブ電鋳法と連続給電ウ

作製したメッシュについて，粘度及び表面張ェハ回転機構を考案し，大型基板（直径 8 イン

力の異なる実薬液の噴霧特性から最適形状を同チ）面内でのめっき膜厚の均一化（目標基準膜定した。試作，評価により，薬液毎に最適噴霧

厚 25±5µm 以内），メッシュ穴径の均一化（目（噴霧粒径，噴霧量，分布）の設計からのズレ

標基準穴径φ3.4±0.5µm 以内）を達成した。こを明らかにして，流体設計とレジスト形成にフのシステムを用い，2 層フォトレジスト型に Niィードバックして最適化を行った。

電鋳を行い，マイクロミスト発生用金属メッシ

メッシュの最適設計により，マイクロミスト

ュを作製した（図 4）。これにより，マイクロミの平均粒径 3～4µm，平均粒径 5～6µm，平均粒

スト発生用金属メッシュの作製歩留りを既存製

径 7～8µm を実現するメッシュを作製し高品質

造法の 60％から 90％に向上させた。また，8 イ

な超音波噴霧を達成した。

ンチウェハ 1 枚当たりの 1 メッシュ取り数の増

また，噴霧が困難なパルミコートや粘度が高大，レジスト形成時間の短縮，生産性向上によいムコフィリン，表面張力が低く気泡が発生しり 50％のコスト削減を実現した。

やすいアレベールにおいても高品位に噴霧可能であることを確認した（図 5）。

(a)2 層フォトレジスト(b)精密電鋳（金属メッシュ）

図 4 レジスト型から精密電鋳により作製した金属メッシュ
図5

実薬液の超音波噴霧特性（パルミコー
ト，ムコフィリン，アレベール）－12－渡部 加藤 矢作 村山 山田 鈴木 齋藤 三澤 ペトルス 鈴木 中西：
超音波噴霧解析と MEMS 精密電鋳技術によるマイクロミスト発生用金属メッシュの開発

結

6

言

流体解析をもとに 3 次元形状レジスト型を形成し，精密電鋳により金属メッシュを作製した。
作製したメッシュは，これまで噴霧が困難であった液性の薬液を噴霧することができ，噴霧す
る平均粒径の均一化，噴霧量の増大を実現した。
また，メッシュの最適設計により，噴霧液滴の粒径を制御することが可能であることを確認し
た。

謝

辞

本研究は，経済産業省戦略的基盤技術高度化支援事業にて実施したものである。ここに記し関係各位に謝意を表する。

文献1) 加藤俊哉，中西為雄，小金澤尚良，齋藤潤一，
三澤孝夫，ペトルス・ヤサヤ・サモリ，加藤睦人，渡部善幸 : 「正弦波圧力振動による平行円板間流れに関する研究」, 日本機械学会
第 98 期流体工学部門講演会，R2.11.13
2) 中西為雄，小坂勘太， 齋藤潤一，三澤孝夫，
ペトルス・ヤサヤ・サモリ，加藤睦人，渡部善幸 : 「超音波噴霧における複数メッシュ
穴からの液滴形成過程の数値シミュレーシ
ョン」, 日本機械学会第 98 期流体工学部門
講演会，R2.11.13－13－

オニオンライクカーボンを固体潤滑材として用いたしゅう動材の研究
後藤仁

櫻井孝之

佐々木雄悟

木村直樹

山口健 ＊

Research on tribomaterials using onion-like carbon as a solid lubricant
Hitoshi GOTO

1

緒

Takayuki SAKURAI

Yugo SASAKI

言Takeshi YAMAGUCHI＊

Naoki KIMURA

30mm，厚さ 4mm であった。焼結後，しゅう動

摩擦・摩耗を低減するために利用される固体試験面はダイヤモンド懸濁液（平均粒径 3μm）

潤滑剤としては，二硫化モリブデンやポリテトと 3μm 用琢磨板を使用し琢磨仕上げとした。

ラフルオロエチレン（PTFE），黒鉛等が良く知られている。中でも，黒鉛は古くから潤滑剤と2.2 しゅう動試験

して利用されており，しゅう動用すべり軸受で試験条件を表 1 に示す。一般的なすべり軸受

は銅合金タイプ，焼結タイプでも広く利用され使用条件のおおよその中間速度，しゅう速ている。一方，オニオンライクカーボン（OLC）

5m/min とし，試験荷重は使用した摩擦摩耗試験

は固体潤滑剤として期待されているものの，量機の下限荷重 100gf とした。しゅう動距離は，産化され 20 年以上経過しているが，広く利用予備試験を行いなじみが完全に終了する 500m

されるまでには至っていない。現在のところ，（油潤滑条件下では 1000 m）とした。相手材は，潤滑油添加剤としての利用がほとんどである。

直径 6mm の SUJ2 球（HRC61）とした。

本研究では，黒鉛に代わる固体潤滑材として

表1

試験条件

注目される OLC について，通電焼結により銅粉体との複合体を作製した。さらに，銅複合体のしゅう動部材としての性能を調査した。

2

実験方法
2.1 試験片の作製

2.2.1 大気中無潤滑条件下

OLC は市販で購入できる粉末（神港精機（株）

試験当初，図 1 に示す新東科学（株）製ボー製），グラファイトは市販で購入できしゅう動用

ルオンディスク型摩擦摩耗試験機（TYPE:14T）

部材でも実績のある人造黒鉛の粉末（日本黒鉛を用いて試験を行った。しかし，スティック－工業（株）製）を用いた。

スリップ音が発生し明らかに振動が見られた。

混錬については，遊星ミルや超音波ホモジナ

要因としては，試験装置の構造的な要因と思わイザーでの混錬も試みたが，遊星ミルでは発熱れる。そこで，図 2 に示す東北大学の堀切川・と分散不良，超音波ホモジナイザーでは乾燥時

山口研究室（当時）が所有する新東科学（株）に凝集する問題があったため，最終的には市販製ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機の電解銅粉に規定量（1，5，10wt%）のグラファ

（TYPE:20）を借用し試験を実施した。
2.2.2 油潤滑条件下

イト又は OLC を添加しヘキサンを加え乳鉢にて湿式混合した。SPS（エス・エス・アロイ（株）

油潤滑条件下では，スティック－スリップが

CSP-V-601201）を用いて通電焼結しディスク試

見られないため，センター所有の新東科学（株）

験片を作製した。焼成条件については，電解銅製ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機

粉単体で焼成実験を行い，条件出しを行った。

（TYPE:14T）にて試験を行った。潤滑状態とし各配合の試験片についても，同条件で焼成を行ては，図 3 に示すように油を適量入れた槽の中った。焼結後の試験片サイズはおおよそ直径にディスク試験片を固定し油潤滑状態とした。

【令和 3～4 年度

自動車キーテクノロジー支援研究開発事業＊東北大学大学院工学研究科

－14－

研究課題】

後藤

櫻井

佐々木

木村

山口：オニオンライクカーボンを固体潤滑材として用いたしゅう動材の研究

潤滑油として，添加物が配合されていない基油

下し，10wt%配合品では硬度測定が不可能なほ（化学合成油 PAO，Mobil 製 SpectraSyn4，動粘ど低硬度であった。一方，OLC 配合品は 1wt%,

度（100℃）4cst）を使用した。しゅう動距離に

5wt%配合品では硬度低下がみられなかった。断ついては，摩耗が少ないことが予想されたため面組織ではほぼ OLC しか見えない 10wt%配合

1000m とした。

品についても，銅単体の 7 割程度の硬さを有し
た。
400μm

1wt%配合品

400μm

5wt%配合品

400μm

図1

摩擦摩耗試験機（TYPE:14T）

10wt%配合品
図 4 グラファイト配合品の断面組織
400μm

図2

摩擦摩耗試験機

1wt%配合品（TYPE:20）

400μm

5wt%配合品

400μm

10wt%配合品
図 5 OLC 配合品の断面組織

図33

油潤滑条件試験状況

実験結果および考察
3.1

試験片の断面組織及び硬度

図 4，図 5 にディスク試験片の断面組織を示す。金属顕微鏡の観察では，グラファイト，OLC
とも多少の粒径のバラつきや凝集が見られるものの，おおよそ均一に分散させることができた。
図 6 に硬度測定結果を示す。グラファイト配合試験片では，配合量の増加とともに硬度が低

－15－

図6

ディスク試験片の硬さ

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

3.2

大気中無潤滑条件下における摩擦・摩耗
特性

図 7 に，無潤滑条件下でのディスク試験片の比摩耗量を示す。銅単体でも試験を実施したが，試験開始後から摩擦係数が上昇し 50m 程でµ=1以上となったため，試験を中止した。 1wt%配合品では OLC の方が，摩耗が大きかったものの
5wt%配合以上ではいずれも配合量増加とともに，比摩耗量は減少傾向を示し，ほぼ同程度の耐摩耗性を示した。
図 8 にボール試験片の比摩耗量を示す。グラ

図 9 無潤滑下での平均摩擦係数の推移（グラファイト）ファイト配合品は，配合量による差はあまり見られなかった。OLC 配合品は，配合量 1wt%では 2.0×10-9mm2/N と摩耗が多かったが，5wt%以
上では摩耗が大幅に低減され，ディスク試験片と同じ傾向を示した。

図 10 無潤滑下での平均摩擦係数の推移
（OLC）

1wt%

図 7 無潤滑下でのディスク試験片比摩耗量

1mm

5wt%

1mm

し ゅう 動方 向
10wt%

1mm

図 11 グラファイト配合品
ディスク試験片しゅう動面

図 8 無潤滑下でのボール試験片比摩耗量
図 9，10 に無潤滑条件下での平均摩擦係数の動が大きかったため，移動平均法を使い 100 プ
ロット毎の平均値を使用しグラフ化した。グラファイト，OLC とも 1wt%配合品は，摩擦係数は安定せずディスク試験片，ボール試験片とも凝着の痕跡が見られた。（図 11，図 12 参照）
グ ラ フ ァ イ ト 配 合 品 は ， 配 合 量 5wt%で は

－16－

1mm

5wt%

1mm

し ゅう 動方 向推移を示す。無潤滑条件下では，摩擦係数の変

1wt%

10wt%

1mm

図 12 OLC 配合品ディスク試験片
しゅう動面

後藤

櫻井

佐々木

木村

山口：オニオンライクカーボンを固体潤滑材として用いたしゅう動材の研究

450m 以降で摩擦係数に上昇傾向が見られるも15 に図 14 より更に高倍率で分析した結果を示のの，配合量 5wt%以上では比較的安定した挙す。

動を示した。OLC 配合品の摩擦係数は，配合量

グラファイトでは層状であったが，OLC ではを増やしても 0.2 を下回ることはなかった。し粒状に膜を形成していることが分かった。これ

かし，配合量 10wt%では摩擦係数は安定した挙らの形成されたグラファイト配合品における動を示した。

潤滑膜が摩擦係数及び摩耗の低減に関与した

電子プローブマイクロアナライザ（EPMA）をと思われる。

用いてそれぞれ 10wt%配合品のしゅう動面の炭油潤滑条件下における摩擦・摩耗特性

素の分布を面分析した結果を，図 13，14 に示3.3す。図中の赤枠はしゅう動部を示す。グラファ

図 16 に，油潤滑条件下でのディスク試験片

イト配合品では良く知られているグラファイの比摩耗量を示す。大気中無潤滑条件下とは大トの潤滑膜 が生成されていた。OLC 配合品は，

きく異なり，グラファイト配合品は配合量が増

粒状の OLC からなる膜が形成されていた。図加するとともに比摩耗量が大きく増加する傾向1)を示した。OLC 配合品は，配合量 5wt%では僅かに増加したものの，配合量が増加しても比摩
し ゅう 動方 向耗量に大きな増加は見られなかった。
図 17 にボール試験片の比摩耗量を示す。こちらも大気中無潤滑下とは異なり，ディスク試
験片の比摩耗量と同様な傾向を示した。
図 18，19 に油潤滑下での摩擦係数の推移を50μm示す。グラファイト配合品の摩擦係数は，配合量 1wt%以外では 0.2 以上の摩擦係数を示した。

図 13 グラファイト 10wt%配合品の EPMA
デジタルマッピング結果（炭素）し ゅう 動方 向50μm
図 16 油潤滑下でのディスク試験片比摩耗量

図 14 OLC10wt%配合品の EPMA
デジタルマッピング結果（炭素）し ゅう 動方 向10μm
図 15 OLC10wt%配合品の高倍率 EPMA
デジタルマッピング結果（炭素）図 17 油潤滑下でのボール試験片比摩耗量－17－山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

摩擦係数の推移をみると，配合量の増加に従い
なじみ距離が必要になっているように思われにおける摩擦係数は 0.2 以上となったもののそれ以外ではおよそ 0.1 と非常に低い摩擦係数を示した。摩擦係数の推移を見ると，OLC 配合品

し ゅう 動方 向る。一方 OLC 配合品については，配合量 5wt%

では配合量が多い程なじみ距離が短くなっていると考えられる。5wt%配合品については，200m
程で一旦なじんだものの，しゅう動面の状況変化を繰り返していると考えられる。

50μm
図 20 グラファイト 10wt%配合品の EPMA
デジタルマッピング結果（炭素）し ゅう 動方 向

図 18 油潤滑下での摩擦係数の推移（グラファイト）50μm

図 21 OLC10wt%配合品の EPMA
デジタルマッピング結果（炭素）し ゅう 動方 向

図 19 油潤滑下での摩擦係数の推移
（OLC）

10μm

図 22 OLC5wt%配合品の SEM 画像

EPMA にて各々10wt%配合品のしゅう動面の炭素元素の分布について面分析した結果を図20，図 21 に示す。グラファイト配合品では，いずれの配合量でも潤滑膜はほぼ見られなかった。この要因としては，油によってディスク試
油によりグラファイトの移着が阻害されたことなどが考えられる。
一方，OLC 配合品では 5wt%, 10wt%配合品
では大気中無潤滑下と同様に OLC からなる潤滑膜が見られた。これは，摩擦によって OLC が母材に埋め込まれ，徐々に膜状の物質を生成し－18－

し ゅう 動方 向験片の摩耗粉が接触面外に排出されたことや，

10μm

図 23 OLC10wt%配合品の SEM 画像

後藤

櫻井

佐々木

木村

山口：オニオンライクカーボンを固体潤滑材として用いたしゅう動材の研究たと考えられる。試験後のしゅう動面を SEM にて観察を行った（図 22，図 23）。5wt%では OLCが脱落した形跡が多数見られた。母材の摩耗進行に伴い，生成された潤滑膜の状況が変化しているものと思われる。10wt%配合品では，OLC
が折り重なるようになり，突起状に突出している状況が確認できた。これらの突起に油が入り込むこと，また OLC はフラーレンと良く似た構造をしているため，蛙の卵のような構造体を形成し 2）油を強く保持することにより低摩擦，低摩耗になったと考えられる。

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) OLC は，大気中無潤滑下では摩擦係数はグ
ラファイトには劣るものの耐摩耗性はほぼ同等の性能を示した。
2) OLC は，油潤滑下ではグラファイト配合品
よりも低摩擦，優れた耐摩耗性を示した。

謝

辞

本研究において，摩擦摩耗試験に御協力いた
だいた東北大学名誉教授 堀切川一男先生，山口研究室の皆様に深謝いたします。

文献1) 赤岡純 : 日本機械学会誌(1968), 第 590号，第 71 巻
2) 香野大輔 : 化学と工業(2021), vol74-6 June－19－

高視野角・高解像度浮遊映像を実現するマイクロレンズアレイの開発
齊藤寛史
澤村一実

佐々木雄悟

＊

片倉真也

＊

小林庸幸
大森昭広

木村直樹

＊＊

遠藤大奈 ＊＊Development of Micro-Lens Array to obtain Wide-Viewing Angle and High-Resolution Floating Display
Hiroshi SAITO
Kazumi SAWAMURA

1緒

Yugo SASAKI＊

Tsuneyuki KOBAYASHI

Shinya KATAKURA

＊

言

2

Naoki KIMURA

Akihiro OHMORI＊＊

Taina ENDO＊＊

浮遊映像デバイスの構成

空間に結像させた映像を裸眼のまま見ること

浮遊映像デバイスの構成を図 1 に示す。ディができる浮遊映像デバイスは，指先の位置セン

スプレイなど空間に浮遊させたい物体の前にマサと組み合わせることにより，浮遊映像に触れイクロレンズアレイを配置すると，マイクロレて機器類を操作するインターフェースとして利ンズアレイを通過した光線が実像として結像し，用できる。現状の浮遊映像デバイスは，斜めか特殊な眼鏡等を使用せずに肉眼で浮遊映像を見ら浮遊映像が見える範囲を意味する視野角が狭ることができる。マイクロレンズアレイは両面

いことや，浮遊映像の核となるマイクロレンズの同位置に凸レンズが配列されており，2 枚 1

アレイの量産技術において解決すべき課題が残組にして使用する。マイクロレンズアレイは射されている。本事業では，マイクロレンズアレ
ディスプレイ

イ方式の高視野角・高解像度浮遊映像デバイス

マイクロレンズアレイを実現するため，光学的諸特性の高度化，マイ
浮遊映像
(実像)

クロレンズアレイ金型加工技術並びに射出成形技術を開発した。本報告では，マイクロレンズ
アレイ金型加工における形状誤差低減を目的に，加工機の違いによる基礎実験を行ったので報告する。

図 1 浮遊映像デバイスの構成

表1

代表的なサブテーマと目標値の達成状況

開発項目

サブテーマの管理項目

目標値の達成状況(達成率)

光学的諸特性の高度化

視野角45°以上（100%）

解像度 MTF※(at 1 cycle/mm)

0.5 以上 (設計値)（100%）

マイクロレンズアレイ射出成形

金型の表面粗さ PV 値

0.2 µm 以下（100%）

金型加工技術の開発

設計値に対する金型形状誤差1.38 µm（72%）

マイクロレンズアレイの射出成

MTF の工程能力指数 Cpk

Cpk 1.33 以上（100%）

形技術・検査技術の確立

検査装置の開発

検査装置開発完了（100%）※MTF：Modulation Transfer Function【令和 2 年度～令和 4 年度

技術開発・改善事業（戦略的基盤技術高度化支援事業）

マイクロレンズアレイの研究開発】＊株式会社 IMUZAK＊＊三光化成株式会社－20－

高視野角・高解像度

齊藤

佐々木

小林

木村

澤村

片倉

大森

遠藤：高視野角・高解像度浮遊映像を実現するマイクロレンズアレイの開発

出成形により製造されるため低コストに量産す

金型加工実験

4

ることができ，輝度が高い浮遊映像が得られる

4.1 実験方法

等のメリットがある。

マイクロレンズアレイ金型の形状誤差低減を目的に，2 台の加工機による形状誤差及び工具

3

全体開発計画摩耗の比較，加工機の動作の違いを検証した。

全体の開発項目と代表的なサブテーマを表 1

ボールエンドミルを使用し 2～4 μm の仕上げ代に示す。全体で 10 個のサブテーマを設定し，事を残した荒加工を行った後，表 2 に示す条件で業期間中に 8 テーマの目標を達成した。光学的仕上げ加工を行った。単結晶ダイヤモンド工具

諸特性の高度化はプロジェクトリーダーの株式を使用するため，金型鋼に施した無電解ニッケ

会社 IMUZAK が担当した。本研究タイトルにもルリンめっきを金型材として使用した 1)。加工ある通り，視野角の拡大と解像度の向上を実現機としてファナック製超精密複合マイクロ加工

する光学設計手法の確立を目指し，それぞれ視機（以下，ロボナノ）とニデックマシンツール

野 角 45 ° 以 上 ， MTF （ Modulation Transfer

製 5 軸加工機 μV1-5X（以下，5 軸加工機）を使Function）0.5 以上 at 1 cycle/mm を目標値とし用し，レンズ半径と同じノーズ半径の単結晶ダた。マイクロレンズアレイ射出成形金型加工技

イヤモンド工具を突き当てるパス（ここでは突術の開発はサブリーダーの山形県工業技術セン

き加工と呼ぶ）で加工した。回転中心は切削速ターが担当し，単結晶ダイヤモンド工具による度がゼロとなる点であり，加工痕が残りやすい。

切削加工でマイクロレンズアレイ金型を加工す

この部分を加工面に残さないため，本実験ではる技術開発を担当した。金型の表面粗さ PV 値

工具回転軸をマイクロレンズから外れる位置ま（Peak to valley）0.2 μm 以下，設計値に対するで傾斜させて加工を行った。傾斜角度は両加工

形状誤差 1 μm 以下を目標値としたが，形状誤機で同じ角度に設定した。また，5 軸加工機の差は 1.38 μm と目標値が未達であった。本報で実験では，予備実験にて回転数が低いほど工具は，目標達成に向けて継続検討した内容を踏ま摩耗が小さい傾向が示唆されたため，工具回転えて報告する。マイクロレンズアレイの射出成数をロボナノの 23000 min-1 に対し 12000 min-1

形技術・検査技術の確立は，三光化成株式会社に下げて実験した。実験後は，設計値に対すると株式会社 IMUZAK がそれぞれ担当した。射出

形状誤差を三鷹光器製非接触三次元測定装置

成形条件を検討し安定してマイクロレンズアレ

NH-3SP で測定した。図 2 に加工方法の概略図

イを成形する技術の確立を目指し，解像度 MTFと断面形状測定方向を示す。工具の傾斜方向のの工程能力指数 Cpk 1.33 以上を目標値とした。

断面を X 方向，それと直行する方向を Y 方向と検査装置の開発では，成形したマイクロレンズ

定義し，それぞれの断面形状を測定した後，形アレイを貼り合わせる装置と MTF を検査する

状誤差を解析した。

装置を開発した。
表2
加工機

仕上げ加工条件

ファナック製超精密複合マイクロ

ニ デ ッ ク マシ ン ツ ー ル製 5 軸 加 工機

加工機

μV1-5X

ロボナノ UiA

工具

単結晶ダイヤモンド工具

被削材

無電解ニッケルリンめっき

加工パス

回転する工具を直線動作で切込む突き加工

回転数

23000 min-1

12000 min-1

送り速度20 mm/min

12 mm/min

仕上げ代

2～4 μm

レンズ数

約 34000 個

約 15000 個

実験回数

4回

2回

加工液

放電加工油

水溶性加工液－21－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

Y 方向

マグネットスタンド

X 方向
主軸

断面形状測定方向
図2

レーザー変位計

加工方法概略図と断面形状の定義

4.2 加工機の動作測定

ワーク側テーブル

突き加工では，各レンズを加工する際に切込み方向から逃げ方向に 180°反転する動作となるが，加工機の加速・減速の性能や制御のパラメータにより反転に要する時間が異なる。レン

拡大図

ズ底部で停滞すると，回転工具のゼロカット，
すなわち工具の逃げ面が被削材を擦過する状態となるため，工具摩耗の促進につながることが懸念される。ロボナノと 5 軸加工機の動作を比距離の時間変化を測定較するため，図 3 に示す通りキーエンス製レー
切込み・
逃げ動作

ザー変位計 LK-010 を主軸側にマグネットスタ
ンドで取り付け，NC プログラムと同じ切込み／逃げの動作を行った際の距離を測定し，工具摩耗との関係について考察した。

図 3 レーザー変位計による加工機の動作測定（5 軸加工機における測定の様子）

25％以上低減(a) X 方向の形状誤差(b) Y 方向の形状誤差
図4

形状誤差の推移

－22－

齊藤

佐々木

小林

木村

澤村

5

実験結果および考察片倉

大森

遠藤：高視野角・高解像度浮遊映像を実現するマイクロレンズアレイの開発

移を図 4 に示す。図 4 (a)は X 方向，(b)は Y 方

5.1 形状誤差の推移

向の結果である。ロボナノによる加工実験では，レンズ加工数と設計値に対する形状誤差の推1 回目，3 回目，4 回目の場合は X 方向の形状誤

加工数 17000 個

加工数 34000 個

初期

加工数 17000 個

加工数 34000 個

初期

加工数 15000 個

5 軸加工機実験 2 回目

ロボナノ
実験 2 回目

ロボナノ
実験 1 回目

初期

図5

代表的な X 方向の形状誤差

加工数 17000 個

加工数 34000 個

初期

加工数 17000 個

加工数 34000 個

初期

加工数 15000 個

5 軸加工機実験 2 回目

ロボナノ
実験 2 回目

ロボナノ
実験 1 回目

初期

図6

代表的な Y 方向の形状誤差－23－山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

差が加工数と共に直線的に増加する傾向で，最方向の断面について考えると，断面曲線の両端

大で 1.38 μm の形状誤差となったが，2 回目のに行くほど摩耗が顕著な切れ刃にあたるため，形状誤差は 0.52 μm 以下を維持した。計 4 回の工具が摩耗するに従って断面曲線の両端が上方

実験は，新品または再研磨した工具をそれぞれ向に変化する，すなわち下に凸の形状に変化す

使用し同一条件で行ったため，2 回目の実験のると予想される。図 6 のロボナノ 1 回目の形状

形状誤差が小さくなった原因は今のところ明ら

誤差では，工具の振れ等の影響により初期からかになっていない。5 軸加工機における X 方向

上に凸の形状をしており，加工が進むにつれての形状誤差は，2 回とも 0.5 μm 以下を維持し，形状誤差をキャンセルする方向に変化したため，ロボナノでの同等加工数時点で比較すると 25%

図 4(b)で形状誤差が減少する結果となった。図以上小さい結果となった。

6 のロボナノ 2 回目の形状誤差は，初期がほぼ

図 4(b)の Y 方向の形状誤差を見ると，X 方向

フラットな形状誤差をしており，加工が進むにとは異なりロボナノの場合でも明らかな増加傾

つれて下に凸の形状に変化し図 4(b)で増加傾向

向は見られない。逆に，ロボナノ 1 回目の結果となった。以上のことから，Y 方向の形状誤差

は，加工数が増加するに従って形状誤差が減少

は，初期の形状誤差の形状によって，工具摩耗している。これは，切れ刃の摩耗位置が関係しにより形状誤差が減少する場合もあることが分ていると考えられる。図 5 に示すロボナノ 1 回

かった。

目の X 方向の断面を見ると，中心から右側の付5 軸加工機の Y 方向の形状誤差は，X 方向の近で形状誤差が上に凸となっている。X 方向の形状誤差の変化量が小さいことと同様に，初期

断面は工具の輪郭形状が転写される位置であり，値を維持する結果となった。

金型の形状誤差が上に凸となった原因は，切れ

5.2 加工機の動作測定結果

刃が摩耗により後退したためと考えられる。本

図 8 はレーザー変位計で測定した加工機の動事業でマイクロレンズアレイ加工実験を複数回作測定結果である。ロボナノの場合は，切込み行ってきた結果，切れ刃の摩耗部位には同様な動作の後に 0.2 秒以上（NC によるドゥエルは傾向が見られた。特定の部位が顕著に摩耗する

0.01 秒）停止してから逃げ動作が始まったのに原因は，斜軸で回転させた際に，切れ刃上の各対し，5 軸加工機では停止時間がロボナノの半ポイントが切削する距離の違いや，単結晶ダイ分程度である。切込み状態で停止すると，回転ヤモンド工具の結晶方位の影響が考えられる

2)

図 7 は，回転工具の切れ刃の軌跡を 3D-CAD で。

工具とワークが接触を繰り返すこととなり，工具摩耗促進の要因になると考えられる。

描画した図である。ハッチングされた部分は，工具摩耗に係るその他の要因として，回転数摩耗が顕著な切れ刃で切削する領域を示す。Ｙの違いによる切削速度の違いや加工液の違いも無視できない要因であり，今後更なる比較実験が必要である。

工具回転軸

10 μm

Y 方向断面

工具摩耗が大きい刃先

0.1 secが加工する領域
図7

回転工具の軌跡と工具摩耗の影響が
図 8 加工機の動作測定結果

大きい領域

－24－

齊藤

佐々木

小林

6

結

言

木村

澤村

片倉

大森

遠藤：高視野角・高解像度浮遊映像を実現するマイクロレンズアレイの開発

単結晶ダイヤモンド工具によるマイクロレン
ズアレイ金型加工における加工機の違いと形状誤差の関係について検討した結果，以下の知見が得られた。
1) 5 軸加工機によるマイクロレンズアレイ金型を加工した場合，レンズ数約 15000 個の範囲で形状誤差 0.5 μm 以下を維持し，ロボナ
ノでの結果に対し 25%以上形状誤差が小さ
い結果が得られた。
2) 単結晶ダイヤモンド工具は，摩耗が進行しやすい切れ刃位置があり，本実験ではマイクロレンズの中心を通過する部分よりも回転軸から離れた付近の切れ刃の摩耗が顕著であった。
3) 加工機の動作をレーザー変位計で測定した
結果，切込み動作から逃げ動作までの間に停止時間があり，加工機の特性により停止時間が異なることが分かった。停止時間が長いロ
ボナノでは，工具摩耗を促進する要因になったと考えられる。

謝辞

本研究は，経済産業省「戦略的基盤技術高度化支援事業」の補助により行われた。ここに記し，関係各位に深謝する。

文献1) 山形豊：超精密切削加工とそのアプリケーシ
ョン，精密工学会誌，74(2008)pp.1278-1281.
2) Eileen Wilks, John Wilks: Properties andApplicationsofDiamond,

Butterworth-

Heinemann, (1991)pp.236-239.

－25－切削加工におけるびびり振動抑制と加工能率改善
佐々木雄悟

齊藤寛史

木村直樹

Chattering Vibration Suppression in Cutting and Improvement of Machining Efficiency
Yugo SASAKI

1緒Naoki KIMURA

Hiroshi SAITO

言

析することで，びびり振動が発生しづらい領域

金型や部品加工に欠かせない切削加工におけを示す安定限界線図を作成する。作成した安定

るびびり振動は，加工能率や工具寿命の低下を限界線図から，びびり振動が発生しづらく，且招く。びびり振動は，工具や被削材の振動特性

つ高能率で加工可能な安定ポケット近傍の加工を解析することにより，加工条件を低下させる

条件を選定する。作成した安定限界線図を図 2

ことなく抑制できることが知られている

に示す。

1)

が，

十分に活用されておらず，加工能率を低下 （工具の負荷を低減） させてびびり振動を抑制することが多い。びびり振動の抑制により，加工能

エンドミル

率と表面品位の両立が実現できるため，びびり
振動回転数を推定する技術が求められている。
一軸加速度
ピックアップ

従来では，加速度ピックアップとインパルスハ
ンマーでびびり振動を予測する方法が一般的で

インパルス
ハンマー

ある 2)。しかし，機材が高価であり，手軽に評価できる手法とは言えない。
本研究では，加工現場でも気軽に活用できる

図1

ハンマリング試験の概略図

安価で且つ簡易的にびびり振動回転数を予測する手法として，マイクと音響解析ソフトウェア
を用いた簡易手法の検討を行う。

2

実験方法
2.1 従来手法の有効性確認
2.1.1

ハンマリング試験と安定限界線図

切削加工におけるびびり振動を抑制するため，切削工具の振動解析を行う。図 1 にハンマリン
グ試験の概略図を示す。ホルダーに取り付けた
エンドミル（ユニオンツール（株），MHR230-660）を加工機 （ニデックマシンツール（株），

図2µV1-5X）に取り付け，エンドミル側面に一軸加安定限界線図速度ピックアップ（（株）小野測器，NP-3211）
を貼付する。インパルスハンマー（（株）小野測2.1.2

器，GK-3100）でエンドミル先端を加振し，振動

従来手法であるハンマリング試験から作成しデータを振動解析ソフトウェア（日本キスラー

た安定限界線図の有効性を確認するため，切削（株），CUTPROver14.0.531.1）に取り込み，解工具の推奨条件と安定ポケット近傍の選定条件【令和 2 年度

JKA 補助事業

令和 3 年～4 年度

側面加工実験による表面粗さの評価

自動車キーテクノロジー支援研究開発事業】

－26－

佐々木

齊藤

木村：切削加工におけるびびり振動抑制と加工能率改善

で側面加工実験を行う。
加工条件を表 1 に示す。びびり振動抑制による加工能率の改善効果を確認する観点から，安プラスチック
ハンマー

単一指向性
マイク

定ポケット近傍の選定条件は，切削工具の推奨条件よりも，単位時間あたりの除去率が 1.2 倍
高い条件を選定する。
切削距離 10m 毎に加工面の表面粗さ Ra を測定し，切削距離 50m までの表面粗さ推移を比較

音響解析
ソフトウェアする。表面粗さ Ra は，触針式表面粗さ測定機（（株）ミツトヨ，FTA-W8D4000-D）で測定する。
表1

加工条件
図3
2.2.2

簡易手法の概略図

1 次固有振動数を活用したびびり振動抑制加工条件の推定
びびり振動が発生しづらく，且つ高能率に加工可能な安定ポケットの回転数は，固有振動数／(刃数×整数)の近傍だと知られている 3）。図 4に，固有振動数と回転数の関係式を示す。(1)式
マイクを用いた簡易手法の検討

2.2
2.2.1

は，安定ポケット近傍の回転数を示す。(1)式よハンマリング音による 1 次固有振動数の推定

り，固有振動数の整数分の 1 近傍に安定ポケッ
トの回転数があることがわかる。つまり，ハン本研究で検討する簡易手法では，従来手法のマリング音から推定した 1 次固有振動数と(1)式

ハンマリング試験で使用する加速度ピックアッの関係により，びびり振動が発生しづらい回転

プ，インパルスハンマー，振動解析ソフトウェ

数を推定できる。

アの代わりに，単一指向性マイク（AZNABLE，
LavarierMic），プラスチックハンマー，音響解析
ソフトウェア（フリーソフト，Audacity3.2.3）を使用する。安価な機器類で構成されているため，導入が容易である。図 3 に簡易手法の概略図を示す。
簡易手法では，ハンマリング試験と同様にプラスチックハンマーで切削工具の先端を加振す

図4

固有振動数と回転数の関係式

る。加振時のハンマリング音を単一指向性マイクで取得し，音響解析ソフトウェアで解析する

3

実験結果および考察

ことで，切削工具の 1 次固有振動数を推定する。

3.1 側面加工における表面粗さ推移

ハンマリング音を取得する際は，加工機内の動図 5 に，切削距離 50m までの表面粗さ推移を

作音など周辺のノイズ音が混ざった音データが示す。図 5 より，安定限界線図から選定した加取得される。そのため，事前に周辺のノイズ音

工条件は，推奨条件よりも表面粗さ Ra が 1/4 程を取得し，ハンマリング音とノイズ音が混ざっ度に減少した。また，切削距離 10m 毎の推移にた音データからノイズ音を除去することで，ハおいても，推奨条件よりも安定していた。この

ンマリング音のみを抽出した音データで解析をことから，ハンマリング試験による従来手法が行う。ノイズ音の除去は，音響解析ソフトウェ

びびり振動の抑制と加工効率の改善に有効であ

ア内のノイズ除去機能を使用する。

ることが確認された。

－27－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

××××であった。

(a)突き出し量 80mm
図5

側面加工における表面粗さの推移

3.2 簡易手法の有効性の検討
3.2.1

従来手法との比較

図 6 に工具の突き出し量をパラメータにした
従来手法と簡易手法の周波数特性を示す。従来
手法と簡易手法の周波数特性を比較すると，1次固有振動数のピーク周波数が概ね一致することが確認できた。このことから，簡易手法においても切削工具の 1 固有振動数を推定できるこ(b)突き出し量 60mmとが確認された。しかし，工具の突き出し量が20mm と短い条件では，ピーク周波数が明確に確認できず，ハンマリング音のベースラインに埋もれてしまう可能性がある。そのため，簡易手法は，工具の突き出し量が長く，びびり振動が発生しやすい条件で有効な手法であると考え
る。
3.2.2

理論値との比較

本研究で使用した切削工具は，ストレートシ
ャンクのラジアスエンドミルであるため，切れ(c)突き出し量 40mm

刃以外は円柱形状になっている。切れ刃もシャンクと同径であるため，切れ刃形状を無視するとエンドミルは単純な丸棒と考えることができる。そこで，丸棒片持ち梁の理論式から導出した丸棒の固有振動数と図 6 に示した周波数特性の結果を比較した。丸棒片持ち梁の理論式を，以下に示す。

(d)突き出し量 20mm

図6

－28－

従来手法と簡易手法の周波数特性

佐々木

齊藤

木村：切削加工におけるびびり振動抑制と加工能率改善

突き出し量 80mm においては，丸棒片持ち梁

ことで，加工能率が改善し，表面品位も向上の理論値と概ね一致している。しかし，突き出し量を短くしていくと，理論値とのずれが大きした。
2) 切削工具のハンマリング音から 1 次固有振くなり，従来手法と簡易手法のピーク周波数が動数を推定した。

理論値よりも低周波側に位置していることがわ

3) 切削工具の 1 次固有振動数と関係式から，びかる。この結果は，突き出し量が短いことで，びり振動が発生しづらい安定ポケットの回工具の固有振動数だけではなく，工具を把持す

転数を導出した。

るホルダーや主軸など，機構全体の剛性が固有

突き出し量：60mm

振動数に影響していることが要因だと考えられ

1 次固有振動数：1302Hz

る。突き出し量が短いことで，突き出し量に対刃数：2 枚する刃長の割合が大きくなり，丸棒形状とみなせなくなったため，理論値とのずれが大きくなった可能性も考えられる。しかし，この場合は，丸棒形状よりもエンドミル形状の方が軽量となるため，理論値よりも実際のピーク周波数は高周波側に位置するはずである。このことから，
突き出し量を短くした際の理論値とのずれは，
エンドミル形状の影響ではなく，工具を把持する機構全体の剛性が固有振動数に影響していると推測する。

回転数の比較[rpm]

また，丸棒片持ち梁の理論値は，従来手法および簡易手法の実際のピーク周波数とずれが生じることから，理論式からの導出には限界があり，従来手法および簡易手法にて，1 次固有振動数を推定する必要性が示された。
3.2.3

びびり振動が発生しづらい切削条件の推定簡易手法で推定した工具の１次固有振動数と

図7

図 4 の(1)式を用いて，びびり振動が発生しづら

簡易手法からの導出結果

い回転数を導出した。図 7 に従来手法で作成し文た安定限界線図と簡易手法，関係式から導出し献た結果を比較した図を示す。図 7 より，導出し

1) J. Munoa， X. Beudaert， Z. Dombovari，た回転数と安定ポケットの回転数が一致してい

Y. Altintas， E. Budak， C. Brecher， G.

ることがわかる。つまり，簡易手法で推定した

Stepan: Chatter suppression techniques in metal

工具の１次固有振動数と，図 4 の(1)式を用いる

cutting，CIRP Annals –Manufacturing

ことで，びびり振動が発生しづらい切削条件をTechnology， 65-2，(2016) pp785-808.

推定できた。

2) 小澤陸:びびり振動を抑制する「MetalMAX」の活用事例，型技術4

結言第 38 巻第 1 号 50-51

頁

びびり振動を抑制する手法としてハンマリン

3) 社本英二:切削加工におけるびびり振動の発グ試験による従来手法と切削工具のハンマリン

生機構と抑制，大同特殊鋼技報 82 (2), 143-

グ音を活用した簡易手法について研究を行った

155 頁, 2011

結果，以下の知見が得られた。
1) ハンマリング試験で作成した安定限界線図
から，安定ポケット近傍の条件で加工を行う－29－

超短パルスレーザーを用いた無酸素銅表面への LIPSS 生成条件の調査
佐藤貴仁
Research of LIPSS formation conditions on oxygen-free cupper surface using ultrashort-pulsed laser
Takahiro SATO

1

緒

言

物体の表面に数十 μm から数百 μm オーダーのディンプルや溝，ピラミッドなどの微細な構
造を周期的に設けることで，超親水や超撥水，凝着の防止等の新たな機能を付与することが可能であり，付加価値を高める技術として広く研究されている。しかしながら，微細構造を加工する手法としては，MEMS や超精密加工機によ(a)俯瞰図る加工が主流であり，クリーンルームや恒温室など高価な設備が必要になる。一方，照射時間がピコ秒からフェムト秒である超短パルスレー
ザーが近年普及してきており，超短パルスレー
ザーを金属表面に照射することで生成されるレー ザ ー 誘 起 表 面 微 細 周 期 構 造 （ Laser Induced
Periodic Surface Structure, LIPSS）が，微細構造を生成する新たな手法として注目を集めている。
東北大学にて学んだ本研修では，LIPSS 生成条
件が未知である無酸素銅への LIPSS 生成を通して，超短パルスレーザーを用いた LIPSS 生成方
法及び，生成条件の調査方法について習得した。

2(b)断面図

実験方法
2.1

図1

LIPSS について

レーザ ー

LIPSS は，金属表面に超短パルスレーザーを照射すると生じる微細な周期構造である。図 1に SUS304 への生成例を示す。図 1(a)は俯瞰図

SUS304 への LIPSS 生成 1)
表面プラズモン
プラズマ波

散乱光を，図 2(b)は断面図を示す。この周期構造は，レーザーの偏光方向に対して垂直に山谷が形成

⊕
⊕
⊕

⊕
⊕
⊕

金 属

電荷

(a)

(b)

図 2 に生成過程を示す 2)。(a)金属表面に入射

(c)

(d)

したレーザーは散乱光とプラズマ波に分かれる。

図2

LIPSS の生成過程され，その周期はレーザーの波長と同程度という特徴を持つ。LIPSS の生成にはクリーンルー
ム等は必要なく，レーザーの照射のみで数百 nm
オーダーの周期構造が作製可能なため，新たな微細構造生成方法として注目を集めている。

【令和 4 年度高度技術者育成支援事業】

－30－

⊕
⊕
⊕

佐藤：超短パルスレーザーを用いた無酸素銅表面への LIPSS 生成条件の調査(b)入射光とプラズマ波が干渉し表面プラズモンが誘起され，表面に電荷の偏りが形成される。
(c)電子が密になった部分がクーロン爆発により除去される。(d)熱影響によりアブレーションが生じ，微細構造が生成される。上述の生成過程は仮定のものであり，原理については不明な点も多く，現在研究がなされている。
微細構造の形成については，レーザーのエネ
ルギーが熱となって拡散するよりも早くクーロ
ン爆発を生じさせる必要があるため，極めて短時間にエネルギーを照射することが求められる。

図3

装置概略図

必要な照射時間は材質によって差異はあるが，概ね数十ピコ秒以下であり，超短パルスレーザ

ピコ秒パルスレーザー発振器 PL-2250-50-P20 をー以外では LIPSS の生成は難しいとされる。

用いた。照射周波数 50Hz，パルス幅 20ps とな

2.2っており，また 1064，532，355，266nm の 4 波

LIPSS の生成条件

LIPSS の生成は，材質とレーザーのパルス幅，長を使用可能である。加工テーブルは水平 2 軸

波長，照射エネルギー密度，照射回数に依存す

NC 制御となっており，一定速度でステージをる。

送っての加工等が可能となっている。

レーザーが照射されてから熱となって拡散すレーザーの照射エネルギーは，レーザー1 パ

るまでの時間は，材料の物性値によって決まる

ルス当たりのエネルギーを照射面積で除して求ため，材料によっては数十ピコ秒で LIPSS が生

め る 。 そ の た め ， 照 射 面 積 の 測 定 に Ophir-

成されるが，フェムト秒でないと生成が難しい

Spiricon 社製ビームプロファイラ SP503U を，レ場合もある。また，材料によって吸収する光のーザー1 パルス当たりのエネルギー測定に波長帯が異なるため，LIPSS の生成やレーザー

COHERENT 社 製 レ ー ザ ー パ ワ ー メ ー タ ー

加工を行う場合，吸収率が高い波長のレーザー

FieldMax ii をそれぞれ使用し，レーザーのエネを用いる必要がある。

ルギー密度を求めた。
2.4

照射エネルギーの密度と照射回数については，

実験方法

照射エネルギーと照射回数が少ないと何も形成上述したように，LIPSS の生成条件は材質とされず，多すぎると図 2(d)に示すアブレーショレーザーのパルス幅，波長，照射エネルギー密ンの影響が大きくなり，微細構造が溶融してし度，照射回数に依存する。本研修では材質を無まう。そのため，LIPSS が生成されるエネルギ

酸素銅，パルス幅を 20ps，レーザー波長を LIPSS

ー密度と照射回数については一定の範囲がある。

が生成しやすいとされる 1064nm に固定し，エ本研修では，材質を無酸素銅，波長を 1064nm

ネルギー密度と照射回数を変数として調査を行に固定し，エネルギー密度と照射回数についてった。表 1 に実験条件を示す。

の調査を行った。

試験片は 12mm 角，厚さ 1.2mm の無酸素銅板実験装置を使用した。表面はノーズ半径 5mm の単結晶

2.3

図 3 に実験装置の概略を示す。図中の黄色のダイヤモンドバイトで鏡面加工を行った。

矢印がレーザーの光路を示す。レーザー光源か

表1

ら照射されたレーザーは反射板で作られた光路

実験条件

材質

無酸素銅

パルス幅

20ps

を行う。その後対物レンズでレーザーは収束さレーザー波長1064nm

れ，加工ステージに照射される構造となってい照射エネルギー密度を通過し，まず減衰器を通過する。この減衰器を操作することにより，エネルギー密度の制御

照射回数

る。
本研修ではレーザー光源として EKSPLA 製

－31－

実験で調査

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

比較のため，生成条件が既知であるチタン合金について LIPSS の生成実験を行い，構造を比
較した。

3

実験結果
3.1

100μm

チタン合金への LIPSS 生成

先行研究 3)よりエネルギー密度を 0.05 から

5μm

(a)

0.25J⁄m まで 0.05 刻み，照射回数を 10 から 300

図4

回まで 10 刻みの 50 水準で照射を行った。その(b)

チタン合金への LIPSS 生成

結 果 ， 0.05 J⁄m で は LIPSS は 生 成 さ れ ず ，
0.10J⁄m では照射回数 110 回以上，0.15J⁄m 以
上ではすべての条件で LIPSS が生成され，先行研究と一致する結果が得られた。図 4(a)に生成された LIPSS の全体像を，図 4(b)に詳細を示す。
3.2

10μm

無酸素銅への LIPSS 生成

図5

まずチタン合金への LIPSS 生成条件を参照し，無酸素銅への照射結果 1

同条件であるエネルギー密度 0.05 から 0.25J⁄m
まで 0.05 刻み，照射回数を 10 から 1000 まで 10
回刻みの 500 水準で実験を行った。図 5 にエネ
ルギー密度 0.25J⁄m ，照射回数 1000 回時の観200μm

察結果を示す。表面に LIPSS や加工痕は見られ
なかった。

200μm

(a)

次にエネルギー密度を 0.38，0.51，0.64，0.76，

図6(b)
無酸素銅への照射結果 2

0.89，1.02，1.15，1.27，1.40，1.53J⁄m ，照射回数を 10，50 回の 20 水準で実験を行った。その結果を図 6 に示す。エネルギー密度 0.76J⁄m ，
照射回数 50 回の条件での照射結果(図 6(a))を見50μm

ると，レーザーにより表面が溶融した照射痕が生じている。またエネルギー密度 0.64J⁄m ，照

50μm

(a)

(b)

射回数 50 回での照射結果(図 6(b))では，微小な加工痕が生じた。この結果より，エネルギー密度が 0.64 から 0.76J⁄m の間に LIPSS 生成範囲があると推測される。
50μm

上述の結果からエネルギー密度を 0.38，0.51，50μm

0.64，0.76J⁄m ，照射回数を 10 から 300 回まで(c)

10 回刻みの 120 水準で実験を行った。結果を図

図7

無酸素銅への照射結果 3

50μm

50μm

(d)

7 に示す。図 7(a)，(b)にそれぞれエネルギー密度 0.38，0.51J⁄m ，照射回数 300 回の結果を示す。図に示すように表面に変化は見られなかった。一方，図 7(c)に示す 0.64J⁄m ，120 回，図50μm7(d)に示す 0.76J⁄m ，100 回では表面に照射痕が生成された。しかし，図 8 に示すように，照(a)110 回射痕の生成が照射回数に対して相関性が無く，

図8

その大きさも不安定な結果となった。また図 9の周辺に LIPSS のような周期的な構造が生成さに示すように，照射痕には同心円状に表面が変れた。また，周囲の同心円状領域はレーザーの化していない領域が生じ，(a)部詳細のようにそ照射範囲の外側であった。これは既存の研究で－32－(b)120 回(c)130 回

エネルギー密度 0.64J⁄m 時の照射結果

佐藤：超短パルスレーザーを用いた無酸素銅表面への LIPSS 生成条件の調査は確認されていない現象であり，現象の解明のためには今後の調査が必要である。

4

結

言

本研修では以下の知見が得られた。
1) 超短パルスレーザーを用いた LIPSS 生成条
件の調査方法について習得することができ(a)た。
2) 無酸素銅表面にレーザーを照射したところ，照射回数に相関のない不規則，かつ未知形状の照射痕が生じた。

謝辞

研修を受け入れていただきました東北大学グリーン未来創造機構

水谷正義教授，水谷研究室の皆様に深謝いたします。
100μm

文

献
20μm

1) Shuhei Kodama et al.:Int. J. of Automation
Technology, Vol. 10 No. 4, 2016, pp639-646.

(a)部詳細図92) Shuhei Kodama et al.:Int. J. of Automation
Technology Vol.12 No.6, 2018, pp1-8.
3) Liwei Chen et al.: Precision Engineering, No.72,
2021, pp556-567.

－33－

エネルギー密度 0.76J⁄m ，照射回数
300 回時の照射結果

蔵付き酵母の醸造特性の評価
下川浩太

長谷川悠太

工藤晋平

奥山隆史

大比良信孝 ＊

中村信介

神理 ＊＊

Evaluation of brewing characteristics of yeast derived from sake breweries
Kota SHIMOKAWA

Yuta HASEGAWA

Shinsuke NAKAMURA緒

1

Shimpei KUDO

Nobukaka OHIRA

言

2.1

cerevisiae はアルコール発酵を担う重要な微生

Takashi OKUYAMA

Masashi JIN＊＊

実験方法

2

清 酒 製 造 に お い て ， 酵 母 Saccharomyces＊

総米 1 kg の小仕込み試験

本実験では，蔵付き酵母の候補として，（株）物である。現在は，（公財）日本醸造協会から

小嶋総本店より分離した TK3，TK7 の 2 株，東販売されているきょうかい酵母や各県で開発さの麓酒造（有）より分離した AH5 を使用した。

れた酵母を使用するのが主流だが，全国で開発

TK3 及び AH5 はもろみタンク，TK7 は発酵場

されている様々な酒米と同様に，地元に由来すの甕に由来する。いずれも S. cerevisiae である

るオリジナル酵母を使用したいというニーズ

が，従来使用していた酵母と比較し，相同性がが高まっている。そのため当センターでは，蔵低いことを IR-Biotyper（Bruker 社製）により確元の要望に応じ，蔵内の醸造環境より複数の微認している。

生物サンプルを採取し，酵母の分離を行ってき初めに，総米 1 kg の仕込み試験を行い，アルた。令和 3 年 2 月,酒造会社 2 社より採取を行

コール発酵能を確認した。仕込配合を表 2 に示い,MALDI Biotyper（ Bruker 社製）を用いて菌種す。掛米（蒸米）には精米歩合 35％の出羽燦々，の簡易判別を行ったところ,複数株の麹米には精米歩合 50%の山形酒 153 号（種麹：S.cerevisiae を取得することができた。採取箇所

オリーゼ山形），仕込水には RO 水を使用した。

を表 1 に示す。

容器は 4 L 容梅酒瓶を用い，目標温度は，添

本研究では，酒蔵より分離した酵母の醸造特

12℃，踊 13℃，仲 9℃，留 7℃とし，留後は 1 日性の評価を行い，商品開発に有用と思われる蔵に 0.5℃ずつ上げ，最高温度 11.5℃で発酵させ付き酵母として選抜したので報告する。また，た。発酵経過は重量変化によって観測し，30 日

IoT 活用のテストケースとして，ネットワーク

目を上槽の目安とした。

に接続した温度センサーによるリアルタイムのモニタリングを試みた。

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)，有機酸
分析 (HPLC, Waters 社製 e2695)及び官能評価

表1
No.

蔵付き酵母の採取箇所採取場所を行った。官能評価は 5 点法（1：優～5：難）判定結果

で実施し，評価者は食品醸造技術部醸造 Gr.の(MALDI Biotyper)

職員 4 名とした。

TK3

醪タンク外側

Saccharomyces cerevisiae

TK4

醪場

Candida valida

TK5

発酵タンク外側Saccharomyces cerevisiae

TK7

発酵場

甕

Saccharomyces cerevisiae

AH5

マロラクティック

Saccharomyces cerevisiae

櫂棒

表2

発酵タンク
（TK3~7:㈱小嶋総本店，AH5:東の麓酒造㈲）【令和 4 年度

トライアル共同研究事業＊株式会社小嶋総本店

添

仲

留

合計

総米, g

200

300

500

1000

蒸米, g

0

300

500

800

麹米, g

200

0

0

200

汲水, mL

200

400

800

1400

乳酸, mL

1

0

0

1

研究課題】

＊＊東の麓酒造有限会社－34－

仕込み配合（総米 1 kg）

下川

2.2

長谷川

工藤

奥山

中村

大比良

総米 3 kg の小仕込み試験

神：蔵付き酵母の醸造特性の評価が残った。香気成分分析の結果では，TK3 がや

再現性を確認するとともに，実際の製造に近や高いカプロン酸エチル生産を示した。TK3 はい特徴を調べるため，総米 3 kg 小仕込み試験を

吟醸香成分を高生産することから，特定名称酒行った。試験には総米 1 kg 仕込みと同じ原料をなどの高価格帯商品の製造で有望と考えられ

使用し，11 L 容ステンレス容器を用いた（表 3）。

た。一方，AH5 はやや高い酢酸イソアミル生産

目標温度は，添 12℃，踊 13℃，仲 9℃，留 6℃を示し,製成酒はバナナ様のフルーティな香りとし，留後は 1 日に 0.5℃ずつ上げ，最高温度を有した。次に有機酸分析の結果では，AH5 は

12.5℃で発酵させた。酵母は総米 1 kg 試験で使他 2 株に比べ約 1.5 倍のリンゴ酸生産を示した。

用した 3 株に加え，対照区としてきょうかい 9

そのため，総米 3 kg の仕込みではリンゴ酸高生号（K9），リンゴ酸高生産性山形酵母 YK2408

産性山形酵母である YK2408 を対照として使用を使用した。上槽後の清酒は，総米 1 kg 試験とすることとした。

同様に分析及び官能評価に供した。なお，セン
表4ターで行った仕込み試験の温度変化を蔵元でも酵母確認できるように，温度センサーを無線でネッ
トワークに接続し，15 分おきに温度をアップロ

総米 1 kg 一般成分分析結果
日本

アルコ

酒度

ール, %

酸度

アミノ
酸度

ードする設定とした。

TK3

0.7

16.6

1.9

1.0

表3

TK7

2.7

16.0

2.5

0.7

-9.6

14.9

2.3

0.8

仕込み配合（総米 3 kg）
添

仲

留

合計

AH5

総米, g

500

1050

1450

3000

表5

蒸米, g

360

840

1200

2400

酵母

麹米, g

150

210

240

600

汲水, mL

600

1200

2400

4200

乳酸, mL30

0

3

総米 1 kg 香気成分分析結果(GC), ppm
酢酸

酢酸

カプロン酸

エチル

イソアミル

エチル

TK3

55.6

2.3

3.5

TK7

66.6

2.1

0.7

AH5

58.4

4.7

1.1

実験結果および考察3

3.1 総米 1 kg の小仕込み試験

表6

総米 1 kg 有機酸分析結果(LC), ppm

図 1 に総米 1 kg 仕込み試験の炭酸ガス積算

酵母

クエン酸

リンゴ酸

コハク酸

酢酸

減量，表 4 に上槽酒の一般成分分析の結果，表

TK3

55.8

216.9

548.2

39.9

5 に香気成分分析の結果，表 6 に有機酸分析の

TK7

55.9

229.6

509.8

425.1

結果を示す。

AH5

53.5

337.5

363.5

314.5

試験の結果，30 日の発酵期間中にアルコール16%台に達したのは TK3 のみであった。TK7，

3.2 総米 3 kg の小仕込み試験

AH5 はやや発酵が緩慢であり，発酵力には課題

図 2 に総米 3 kg 仕込み試験の炭酸ガス積算
減量，表 7 に上槽酒の一般成分分析の結果，表

(g)
350

8 に香気成分分析の結果を示す。TK3 は総米 1
kg での試験と同様に序盤は発酵が緩やかであ300るものの中期から旺盛な発酵力を示し，最も早250

く上槽となった。TK7,AH5 についても，対象で

200
150

TK3

100

TK7

50

AH5

ある K9,YK2408 と遜色のない発酵力を示し，実用的な発酵力を有することが確認された。香気成分分析の結果，総米 1 kg 試験と同様に TK3 のカプロン酸エチル高生産性及び AH5 の酢酸イ

0
1

4

図1

7

10

13

16

19

22

25

28
総米1 kg炭酸ガス積算減量 (day)

ソアミル高生産性が確認できた。

－35－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

官能評価の結果を表 10 に示す。平均評点は

(g)
1200

TK3 が最も低く良好であり，吟醸香について評

1000

価するコメントが複数あった。TK7 と AH5 も平均評点 3 点以下であり，特に目立った欠点は800

挙げられなかった。

600以上の結果より，TK3，AH5 を有望な醸造特

TK3
400

性を持つ清酒酵母株として選抜し，今後採取元

TK7

200

メーカーでの商品開発への利用を検討していくAH5こととした。

0
1

4

7

10 13 16 19 22 25 28 31 34(day)

図2 総米3 kg炭酸ガス積算減量
表7
酵母

表 10
酵母

平均評点

TK3

1.4

TK7

2.9

AH5

2.4

総米 3 kg 一般成分分析結果
酸度

官能評価結果コメント
香り穏やか，吟醸香，柔らか

日本

アルコ

アミノ

酒度

ール, %

TK3

-4.87

15.95

2.28

1.07

TK7

-1.74

15.94

2.44

0.97

K9

-0.59

15.68

2.46

1.06

AH5

-3.67

15.75

2.54

1.01

YK2408-11.54

14.51

3.29

1.19

酸度

い，ふくらみ，うま味
酸臭，香り良，香り複雑，酸，
酸味良，キレ，渋
イソアミル系，やわらかい，ボ
ディ感，酸，甘，苦（1：優 ～ 5：難）

なお，温度の遠隔モニタリングは順調に作動
表8し，各蔵の製造担当者にも好評であった。従来

総米 3 kg 香気成分分析結果(GC), ppm
酢酸

酢酸

カプロン酸

もろみ温度の管理は蔵人がタンクの設置箇所へ

エチル

イソアミル

エチル

行き目視で計測を行っており，人的労力がかか

TK3

39.2

1.6

3.7

ることから 1 日に複数回測定することは困難で

TK7

35.6

1.4

1.0

あった。この計測システムを用いることで，労

K9

25.1

1.8

1.0

力の軽減及び一日の温度変化の詳細な把握が可

AH5

36.8

2.7

1.3

YK2408

23.4

1.3

2.4

酵母

能になると考えられ，今後導入を進める予定とした。

次に有機酸分析結果を表 9 に示す。AH5 はリ
ンゴ酸高生産酵母である YK2408 には及ばないものの，リンゴ酸生産がやや高くなった。リ

4

結

言

本研究で得られた知見は以下のとおり。
1) 蔵付き酵母 3 株のアルコール発酵能を確認し，醸造特性を評価した。

ンゴ酸は爽やかな酸味を持つ呈味成分であり，

2) 商品開発に活用可能な蔵付き酵母 2 株を選

特徴的な酸味を持つ酒質が期待できる。

抜した。
表9

総米 3 kg 有機酸分析結果(LC), ppm

3) IoT を活用し，ネットワークを介した遠隔で

酵母

クエン酸

リンゴ酸

コハク酸

酢酸

のもろみ温度モニタリングにより有用なデ

TK3

62.2

216.4

533.1

33.1

ータが得られた。

TK7

66.0

255.3

483.4

327.2

K9

72.0

195.5

537.9

324.0

AH5

57.0

430.5

384.6

277.3

YK2408

71.9

622.4

666.8

225.2

－36－

山形県産早生樹の有効利用技術の開発
江部憲一

滝口寿郎

今野俊介

仁藤敬喜 ＊Development of technology for effective use of fast-growing tree species harvested in Yamagata Prefecture
Kenichi EBE緒

1Shunsuke KONNO

Toshio TAKIGUCHI

言

家具等に用いられるナラやブナ等の広葉樹

Takanobu NITO＊

および曲げ強さを求めた。
2.3 内装塗装試験

材は，従来は外国からの輸入材が主であったが，「素地調整→素地着色（顔料系着色剤）→下

近年は国産材の利用が見直されつつある。特に，塗り（ウレタンウッドシーラー）→塗膜着色（ウ

広葉樹の中でもより短期間で丸太として収穫

レタンウッドシーラー＋顔料系着色剤）→下塗できる早生樹が注目されている 1）。一方，山形り（ウレタンウッドシーラー）→中塗り（ウレ

県内においては，ハリエンジュ（ニセアカシア）

タンサンディングシーラー）×3 回→研磨→上とハンノキが代表的な早生樹種である。この内塗り（ウレタンフラット）」の塗装工程の内，素ハリエンジュは，資源量は豊富であるが，家地着色 4 水準×塗膜着色 4 水準＝16 水準の塗装

具・内装材に利用されることなく燃料に供され試験片を，ハリエンジュとハンノキについて作る場合が多い。過去にハリエンジュを家具や食製した。これら試験片表面の画像データを，色器に利用するための研究開発に取り組んだ例 2）

調補正したスキャナーで取得し，着色の程度を～ 3）が見られるが，塗装や接着，試作家具の強度評価に至る一連の家具への利用技術を網羅的に研究した例は見られない。またハンノキに面全体の平均明度（L*），木目の明瞭性を面全体の平均エッジにより評価した。
2.4 アセチル化試験

ついても，家具・内装材としての利用実績は比較的乏しいのが現状である。

ハリエンジュ，ハンノキ，スギの二方柾材から 25mm（T）×25mm（R）×5mm（L）の試験

そこで本研究では，ハリエンジュとハンノキ

片を，各樹種 24 枚ずつ作製した。その内 12 枚を家具・内装材として利用するための基盤技術ずつについて，8 時間・120℃の気相アセチル化の開発を目指して，乾燥試験，三点曲げ試験，処理を行った。残り 12 枚ずつについては，8 時

内装塗装試験，アセチル化試験，接着強さ試験

間・120℃の液相アセチル化処理を行った。アセに取り組んだ。そして，この結果を踏まえいすチル化の程度は，抗膨潤能（ASE：antiswellingを試作し，製品強度についても検証した。

efficiency） 5） により評価した。
2.5 接着強さ試験

実験方法

ハリエンジュ，ハンノキ，スギ，ブナについ2.1 乾燥試験

て，圧縮せん断接着強さ試験（JIS K 6852） 6）

ハリエンジュ，ハンノキの丸太から製材したを実施した。接着剤には，酢酸ビニル樹脂，変

未乾燥無欠点板目材（幅 100mm×長さ 200mm

性酢酸ビニル樹脂，水性高分子－イソシアネー

×厚さ 20mm）を 105℃の恒温器で乾燥した。
その際の割れの発生，狂い，乾燥時間から，簡ト（API）を用いた。
2.6 いすの試作および強度試験

易決定法 4）により乾燥スケジュールを作成した。
2.2 三点曲げ試験

着強さ試験の結果を基に，ハリエンジュ製いすハリエンジュ，ハンノキ，スギ，ブナについを試作した。JIS S 1203 の試験区分 47）に準拠して，三点曲げ試験により，見かけの曲げ弾性率

た座面の静的強度試験，背もたれの静的強度試

2【令和 2～4 年度

乾燥試験，三点曲げ試験，内装塗装試験，接技術開発・改善】＊山形県森林研究研修センター－37－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

験，ひじ部の静的水平力試験・静的垂直力試験，

3.2 三点曲げ試験

座面および背もたれの耐久性試験を実施した。

ハリエンジュ板材およびハンノキ板材の三点曲げ試験の結果を図 1 に示す。なお，図 1 には

3

実験結果および考察

比較のため，建築柱材や内装材として主に使用

3.1 乾燥試験

されるスギ，家具に多く利用されるブナの結果

ハリエンジュ板材およびハンノキ板材の人工も示す。見かけの曲げ弾性率については，ハリ乾燥スケジュールを表 1 に示す。ハリエンジュ

エンジュの値が最も大きく，ブナがそれに続いの場合，含水率が 30～25％とかなり低下した段

た。ハンノキは，スギよりは大きい値ではある階でも乾湿球温度差が 9℃と小さいままであり，

ものの，ハリエンジュとブナより小さい値を示

比較的高い湿度を維持し続けなければならないした。また，曲げ強さについても，曲げ弾性率

ことがわかる。一方，ハンノキの場合は，含水と同様の大小関係を示した。

率 が 30～ 25％ 時 点 に お け る 乾 湿 球 温 度 差 が以上の試験結果から，ハリエンジュは家具と28℃であり，ハリエンジュに比べ低い湿度でのして使用実績のあるブナと同等の力学性能を有

乾燥でも支障はないということになる。推定日するため，いす等の脚物家具向きの材料である数に関しては，ハリエンジュの場合は 11.5 日とことが示された。一方のハンノキは若干力学的かなり長い日数を要する一方で，ハンノキの場性能が劣るため，力学的負荷の小さいフローリ合は 6.3 日と，ハリエンジュよりかなり短い。

ングや，脚物家具でも脚部ではなくテーブルの

このことから，ハリエンジュはハンノキよりも天板に向いている材料であることが示された。

乾燥により割れが生じやすいため，ハンノキよ

ただし，ハンノキはハリエンジュに比べ表面硬りかなり緩やかな条件で，長い時間をかけて乾度が若干劣ると考えられるため，フローリング燥しなければならないことが明らかとなった。

や天板に使用する際は，塗装等の対策が必要となることが予想される。

表1

簡易決定法により作成したハリエンジ

10,000ュ板材およびハンノキ板材の人工乾燥
曲げ弾性率（N/mm2）

スケジュールハリエンジュ
含水率範囲（％） 温度（℃）
64～40
40～35
35～30
30～25
25～20
20～15
15以下

50
50
55
60
65
80
80

乾湿球温度差（℃）
2.5
3.5
5.5
9
18.5
28
28
乾燥推定日数：11.5日

8,000

7008
5887

6,000

4864
3607

4,000
2,000
0
ハリエンジュ

ハンノキ

スギ

ブナ

150

含水率範囲（％）

温度（℃）

乾湿球温度差（℃）

104～60
60～50
50～40
40～35
35～30
30～25
25～20
20～15
15以下

50
50
50
50
55
60
65
75
75

3.5
5
7
12.5
21.5
28
28
28
28
乾燥推定日数：6.3日－38－

曲げ強さ（N/mm2）

105

ハンノキ

100

86
63
43

50

0
ハリエンジュ

図1

ハンノキ

スギ

ブナ

三点曲げ試験結果

上段：曲げ弾性率，下段：曲げ強さ

江部

滝口

今野

仁藤：山形県産早生樹の有効利用技術の開発

3.3 内装塗装試験
ハリエンジュの塗装試験の結果の一例を図 2に示す。なお，素地着色濃度は，素地着色剤原液を木材表面にハケ塗りした後ワイピングする
工程が 1 回の場合を「濃度 1 倍」，シンナーで素
地着色剤を 1/3 に希釈した場合を「濃度 1/3 倍」，
素地着色剤原液を木材表面にハケ塗りした後ワ
イピングする工程を 2 回繰り返した場合を「濃度 2 倍」と定義した。塗膜着色濃度は，ウッド
シーラー＋シンナー中の着色剤の濃度である。

素地着色なし素地着色

濃度 1/3 倍

図 2 を見ると，素地着色濃度 1/3 倍の場合より塗膜着色なし塗膜着色

濃度 1.5％も，素地着色濃度 1 倍の方が木目，特に導管部
分が明瞭になっている。つまり，ハリエンジュ

明度 L*

34.6

明度 L*

42.8

エッジ

11.6

エッジ

9.0

は環孔材であるため，素地着色により導管を際立たせやすく，色調を濃く仕上げることにより，チーク等の高級材に近い仕上りとすることができることを明らかにできた。
次に，ハリエンジュの塗装仕上りの品質について，画像解析による定量評価の可能性を検討した。塗装面全体の平均明度 L*の結果から，素
地着色剤を希釈することにより色調を淡くできるものの，逆に素地着色を 2 回行っても色調を濃くはできないことが定量的に示された。一方
塗装面全体の平均エッジは，素地着色量が多い
ほど値が大きくなった。このことから，素地着
色量が多いほど導管が選択的に着色され，明瞭な仕上がりになることが示された。ただし，素地着色なし・塗膜着色なしのエッジが各塗装試

素地着色

濃度 1 倍素地着色

濃度 2 倍塗膜着色

濃度 1.5％

塗膜着色

濃度 1.5％

明度 L*

35.7

明度 L*

34.0

エッジ

10.2

エッジ

10.9

図2

ハリエンジュのウレタン着色仕上げ

験片よりも大きな値を示している。これは，塗装なしの試験片は早材，晩材の色調が複雑な模

3.4 アセチル化試験様を呈しているのに対し，各塗装試験片は，晩アセチル化によって各木材に付与された材周辺の導管部が強調される一方で，早材部はASE の値を図 3 に示す。図 3 には比較のため，平均的に濃色に着色されるため，面全体のエッスギの結果も示す。なお，ASE の値が 100％にジとしては塗装無しの試験片よりも小さくなっ近付くほど，その木材に付与された寸法安定性てしまったためであると思われる。

能が高いことを意味する。

以上より，明度 L*とエッジが塗装仕上げの品

ハンノキには気相法，液相法ともに，約 70％

質管理にある程度活用できる可能性が示された。

の ASE を付与できた。これは，密度が低くアセ

なお，ハンノキの場合は，素地着色を施すとチル化により比較的高い寸法安定性を付与しや面全体に色ムラが生じた。これは，ハンノキがすいスギの場合に匹敵する値である。一方のハ

散孔材であるため，径の小さい導管が面全体にリエンジュは，気相処理では 45％という低い値

散在しており，これらに着色剤が絡んでしまいに留まり，より注入性の良い液相法においてすムラが生じるものと考えられる。この対策としらも 61.5％にとどまった。以上の結果から，内て，素地着色は行わず塗膜着色のみの仕上げと装材として使用する際の寸法安定性能向上，外することで，色ムラが改善されることを確認し構材として使用する際の耐朽性向上を狙ったアた。

セチル化ではあったが，特にハリエンジュには－39－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

効果が低いことが明らかとなった。

ハリエンジュについては，いずれの接着剤のハリエンジュの ASE が低い原因にはいくつ場合も 20MPa 以上の接着強さを示し，家具に多か考えられるが，ハンノキの気乾密度がく利用されるブナと同等程度の性能を示した。

0.49g/cm であるのに対しハリエンジュの気乾

一方ハンノキの接着強さはスギよりは大きいも密度は 0.73g/cm と大きいため，材料中においのの，ハリエンジュやブナよりは小さい値を示て無水酢酸が拡散，浸透しにくかった可能性がした。これは三点曲げ試験の場合と同様，ハン高いと思われる。

ノキの気乾密度がハリエンジュやブナよりも小33

さいためと考えられる。一方，木部破断率に関100
80
ＡＳＥ（％）

76.5

71.3

65.9

しては，逆にハリエンジュが最も小さな値とな
71.0

った。これは，他の三樹種に比べハリエンジュ

61.5

60

45.2

の材質が極めて固いため，接着強さが十分に大40

きくとも材料破壊するには至らず，界面破壊が20生じてしまったためと考えられる。
以上より，ハリエンジュの場合は，脚物家具

液相 スギ

気相 スギ

液相 ハリエンジュ

図3

気相 ハリエンジュ

液相 ハンノキ

気相 ハンノキ

0の脚部等，力学的負荷の大きな部材同士の接合にも十分耐えうる接着性能を有することを確認できた。一方のハンノキは，接着強さが若干低いため，力学的負荷の小さい製品に使用する方が望ましいことがわかった。
3.6 いすの試作および強度試験

アセチル化によって付与された ASE

3.5 接着強さ試験
ハリエンジュおよびハンノキ板材の圧縮せん
断接着強さ，木部破断率の結果を図 4 に示す。
なお，図 4 には比較のため，スギおよびブナの結果も示す。

接着強さ（MPa）

30
25
20
15

酢酸ビニル

10

変性酢酸ビニル

5

⽔性⾼分⼦−イソ
シアネート
ブナ

スギ

ハンノキ

ハリ エンジ ュ

0

試作したハリエンジュ製いす（図 5）について，JIS S 1203 の試験区分 4 に準拠した各種試験を実施した。なお，通常の木製いすの強度評
価の場合は，より力学的負荷の小さい試験区分
3 の条件で試験するのが一般的であるが，今回は三点曲げ試験と接着強さ試験の結果を踏まえ，敢えて試験区分 4 の条件を採用した。
試験の結果，ひじ部の静的水平力試験で接合部に若干の隙間が見られただけで，他の試験では破損，変形，緩み，外れは全く見られなかった。以上より，ハリエンジュでいすを製作した
場合，使用上全く問題ない強度，耐久性を実現できることを確認した。

木部破断率（%）

100

酢酸ビニル

50

変性酢酸ビニル
⽔性⾼分⼦−イソ
シアネート
ブナ

スギ

ハンノキ

図4

ハリ エンジ ュ0

圧縮せん断接着強さ試験結果

図5

上段：接着強さ，下段：木部破断率－40－

強度試験用ハリエンジュ製いす

江部

4

結

滝口

今野

仁藤：山形県産早生樹の有効利用技術の開発

言本研究で得られた知見は以下のとおりである。
1) ハリエンジュ，ハンノキについて，人工乾燥，塗装，接着の各基礎的条件を確立できた。
2) ハリエンジュ製いすを試作し，家具として十分な強度性能を有することを確認した。

謝辞

アセチル化に関して，国立研究開発法人
林研究・整備機構

森

森林総合研究所の松永正弘

様に御指導いただいた。ハリエンジュ製いすの試作は，（株）朝日相扶製作所様に御協力いただ
いた。いすの強度・耐久性試験は岐阜県生活技術研究所の山口穂高様，村田明宏様，長谷川良
一様に御協力いただいた。ここに記し関係各位に謝意を表する。

文献1) 村田明宏, 長谷川良一, 河合真樹 : 岐阜県
生活技術研究所研究報告, No.22(2020)50.
2) 吉田孝久，橋爪丈夫，馬渡栄達: 長野県林業
総合センター業務報告, (1995.3)82.
3) 草野浩幸, 花田好正 : 鳥取県産業技術セン
ター研究報告, No.16(2013)1.
4) 寺澤眞 : 木材乾燥のすべて［改訂増補版］,
海青社, 2004, 394 頁.
5) 鈴木正治，徳田迪夫，作野友康
科学講座 8

木質資源材料編 : 木材

改訂増補, 海青社, 1999, 20 頁.
6) JIS K 6852：接着剤の圧縮せん断接着強さ試
験方法(1994).
7) JIS S 1203：家具－いす及びスツール―強度と耐久性の試験方法(1998).

－41－

中小企業イノベーションにおける思考の明示化
三井俊明

古川柳蔵 ＊

Thinking Model for Japanese Small and Medium-sized Enterprises Innovation Explicated by OntoIS
Ryuzo FURUKAWA＊

Toshiaki MITSUI
Abstract

Under environmental constraints, transformation to sustainable manufacturing is indispensable. The backcast
way of thinking (BWT) promotes creation of new values based on the environmental constraints. To introduce
the BWT widely to small and medium-sized enterprises (SMEs), we explicated implicit knowledge of SME
innovators who might use similar thinking process to create new products. The developed thinking model
framework is Ontology Engineering Method for Innovation Strategy (OntoIS).

1

はじめに

研究目的

2

18 世紀半ばの産業革命以降の工業化と人口

日本における中小企業の割合は企業数のの急増により肥大化した人間の活動が，気候変

99.7%，従業員数の約 7 割を占めるが，環境問題

動や生物多様性の喪失など深刻な環境問題を引への意識は大企業と比較して一般に低いと考えき起こしている 。その解決手法の一つとして，られる。特に地域の中小企業では長期的な「環未来のあるべき姿を考えてそこから逆に現在を境制約」よりも，取引関係にある大企業からの見つめ，発生する課題を明確にしてその解決法

要求や人材，設備，交通の便など，事業環境にを探るバックキャストがここ数年頻繁に提案さおける短期的な「制約」が強い。しかし，それれている。しかし，描いた未来が現在を基準に

らの「制約」が強い中小企業であるからこそ，積み重ねたフォーキャストであったり，解決手

その「制約」を受け入れたうえで新しい価値を法が地下資源に依存した技術であったり，実際生み出している可能性がある。

1)

そこで本研究では，中小企業イノベーションには課題が多い 。
2)

石田らはバックキャストの本来の意味をよりの思考モデルを明示化する手法を開発し，そこ厳密に定義するため，バックキャスト思考に「環境制約」ではない一般の「制約」から「新(Backcast Way of Thinking: BWT)という思考法をしい価値」を生み出すバックキャスト思考と類提案している 。BWT では最初に，例えば化石似 し た 思 考 法 (Backcast-like Way of Thinking:

燃料の制限や食料の不足などの未来の環境制約

BLWT)が存在するかを確認することを目的とを技術で取り除くのではなく，土台として受け

した。

2)

入れた上でありたい姿を描
環境制約

く（図 1）。そしてそこから現在を見つめ，ありたい姿に向かうためのライフスタ

現在

イルをデザインし，そのた(2) バックキャスティング

未来の
ありたい姿

めに必要となる製品やサービスによるイノベーションを考える。この手法は一部の大企業では導入検討も始まっている 3)。
【令和 3～4 年度(3) ありたい姿に向かうライフスタイルをデザインし，必要な製品やサービスを開発する。それらは「新しい価値」
となる。

図1

(1) 環境制約を取り除くのではなく，受け入れた上で，心の豊かさを持った
幸福な未来のありたい姿を描く。

バックキャスト思考の 3 つのステップ

環境・エネルギー関連技術研究開発事業

ーションの解析手法の開発】＊東京都市大学大学院環境情報学研究科－42－

オントロジー工学を応用した中小企業イノベ

三井

古川：中小企業イノベーションにおける思考の明示化の機能的知識体系化の枠組みをオントロジーにより構築するために開発されたソフトウェア
OntoGear 5)をライフスタイル設計の社会実装版に拡張した OntoGearSIR-1.2.0 を用いた 6)。

4

結果と考察
4.1 行為分解木の試作
OntoGear による人工物の機能モデリングでは，あるデバイスが何を達成するかを表す「機図2

木製カードケース mokuhen

能」とどのように達成するかを表す「方式」を((有)佐藤工芸，開発支援：デザイン Gr)

3

各々個別に概念化しながら全体機能から部分機能へと機能分解していくことで機能分解木を記

研究方法
工業技術センターのイノベーション事例集である「製品化事例集」を主に活用し，掲載された製品の開発過程について地域中小企業の担当者や支援したセンター職員に詳細なインタビュ
ーを 8 件実施した。
実施した製品の一例として天童市に所在する有限会社佐藤工芸で開発された木製カードケー
ス mokuhen を図 2 に示す。このカードケースは非常に薄くシンプルな形状であり，滑らかに開閉するスライド構造を有している。材料にはウォールナット，ブナ，メイプルなど様々な樹種がラインアップされている。同社は家具の部材を加工する際にどうしても発生してしまう端材を有効に利用したい強い気持ちから，山形県工業技術センターに製品開発の相談があった。その後，同センターのデザイン担当職員と協力し，十数回にわたる打ち合わせと試作を重ねて独自の製品を複数開発し，販売を行っている。
それぞれのインタビューの内容についてオン
トロジー工学の一手法である行為分解木を使ってイノベーション事例の概念構造を記述し，その方法の検討を重ねた。オントロジーとはもと
もと哲学用語で「存在に関する体系的な理論（存在論）」を意味し，人工知能・知識工学において
は「対象とする世界の情報処理的モデルを構築する人が，その世界をどのように『眺めたか』，
言い換えるとその世界には『何が存在している』と見なしてモデルを構築したかを（共有を指向

述し，人工物の機能構造を明示化している。本
研究では人工物の「機能」と人間の「行為」の類似性に着目し，同様の記述を行った。ゴールや中間ゴールの行為概念を表す楕円形の行為ノードと，ゴールを達成するための方式概念を表す四角の方式ノードを用いて，開発中に行われた行為を全体からより部分の行為に順次分解して行為分解木を試作した。
一例として図 2 に示した木製カードケース
mokuhen の開発プロセスについての行為分解木の一部を図 3 に示す。インタビューや同社ホームページに記載されている内容からゴールを「廃棄される木材に価値を与える」とし，その下には「製品化方式」を連ねた。「製品化方式」
は「新製品を開発する」行為へ，さらにその行為を達成するため「カードケース方式」とそれに連なる行為群へとより部分を表す概念に分解していく。また，イノベーション事例における
正の結果である「新価値」や「アイディア」は副作用ノードとして，また「制約」や「不具合」などの負の影響は不具合ノードとしてそれが発生した行為・方式ノードに矢印で関連付けて明示した。詳細を記述する必要がある不具合については不具合プロセスとして別の分解木で記述してその関係を示すこととした（図 3(b)）。特に制約があるからこそ生まれた「新価値」「アイデ
ィア」についてはその関係性について番号を付与して対応を示すこととした。
4.2 OntoIS のマニュアル化

して）明示的にしたものであり，その結果得られた基本概念や概念間の関係を土台にしてモデルを記述することができるようなもの」 4) と定義されている。行為分解木の試作には，人工物

行為分解木の試作を繰り返すことでこの手法をマニュアル化し，Ontology Engineering Method
for Innovation Strategy (OntoIS) として以下の 8
つのプロセスにまとめた。

－43－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）(1) イノベーション（新しい製品や生産の方法を成功裏に導

ゴール

（a）

廃棄される
木片に価値
を与える

行為ノード

入し，社会的価値を生むこと）

方式ノード

事例について，企業の開発担当

×

者や公的機関の支援者などよ（制約，不具合）i

ンタビューを行う。特に開発の× なものは作れない

× (2) 材料が木材に限定される

新製品を
開発する

副作用ノードできるものに限る

関連情報ノード

カードケース方式

企画する

題，不具合など負の影響，新価開発する

商品企画方式

階層2

× (3) 自社でNC加工がきっかけ，動機，開発前に存在した制約，開発中に発生した問

階層1(1) 端材なので大き

製品化方式

不具合ノード！ （新価値，アイディア）

りその経緯について詳細にイ

せっかく育った木がi もったいない！ (1) 手のひらサイズの製品

製造する

試作評価方式

内製方式

外注方式

販売する

階層3

常設方式

イベント方式

値やアイディアなどの有益な結果，それらの間の関係性に着不具合プロセス

目する。また，社是や経営理念，

不具合行為
ノード

環境への取り組みなどもエビ

不具合方式
ノード

デンスとして利用する。
階層4

感覚方式

木に記述する。行為ノードは薄ールとしての行為を単純に「○○を製品化する」とするのではなく，経営理念なども考慮し，

階層5

重さを
評価する

形を評価
する

十分な強度
を持たせる

不具合プロセス
× 行為停止影響位の行為とに分解し，行為分解

ドは濃い青の正方形で表す。ゴ

木部を厚く
加工する

評価する

試作する

れを実現するための方式と下

い青の楕円形で表し，方式ノー

強度優先方式

× 行為停止影響
試作評価方式(2) イノベーションのプロセスについて，ゴールの行為とそ（b）

木部の厚い製品をつくる

機能確認方式

工程確認方式

不具合が
ないか確
認する

強度を
評価する

木部の薄い製品をつくる
薄さ優先方式
木部を薄く
加工する

強度を持た
せない

！ (3) シンプルなかたち

図3

木製カードケース mokuhen の行為分解木（a：ゴール下部分，b：「開発する」下部分）

その上位に位置する行為，例えば「端材を有効から伸びる矢印と副作用ノードを用いて新価値利用する」，「地域資源を活用する」などとなる。

またはアイディアとして記述する。有益な結果

ゴールは最上位に位置し，その下にゴールを達が方式から生まれる場合も同様に記述する。

成するための方式群と行為群を記述していく。

(4) 負の影響についてはイノベーションプロ

この分解の過程では 3 つの関係を考慮しなけれセスに及ぼした程度を評価する。それによりイばならない。まず，下位の方式は上位の方式にノベーションの手順が停止したかどうかを評価

対して，「下位方式であれば上位方式である」こするのが重要である。

とを示す is-a 関係を有している（例：「二輪車」(5) 目的としているイノベーションプロセス

is-a「乗り物」，「二輪車」は「乗り物」である）。

が滞った負の影響については不具合として取りまた，下位の行為は上位の行為に対して「下位扱う。イノベーション達成の前の不具合プロセ行為は上位行為の一部分である」ことを示すスとして「不具合行為ノード」と「不具合方式

part-of 関係を有している（例：「車輪」part-of

ノード」によって達成される。前者は黄色の角「自転車」，「車輪」は「自転車」の一部分であを丸めた長方形ノードで表し，後者は灰色の正る）。さらに，下位の行為を左から右に「下位行方形ノードで表す。

為 1＋下位行為 2＋・・・・」のように順に実行(6) 不具合プロセスにより行為が停止するイ

した結果，「上位行為」が達成されるように分解

ノベーションプロセスを考慮し，不具合ノードする。その他の関連する情報は行為分解木の関と停止する行為ノードへ向かう矢印で記述する。

連個所に線でつないだ「関連情報ノード」によ(7) イノベーションの行為停止には至らないって記述する。

が負の影響を与えたものについては「制約」と(3) 行為から生まれた有益な結果は，その行為して捉え，不具合ノードを用いて「制約」と，

－44－

三井

古川：中小企業イノベーションにおける思考の明示化

その「制約」が発生する行為に向かう矢印で関「(1) 端材なので大きなものは作れない」とい係性を記述する。

う制約が「(1) 手のひらサイズの製品」をつくる(8) 不具合ノードと副作用ノードの関連性にという価値に繋がっている。このとき，この制着目し，「制約」もしくは「不具合プロセス」が約を例えば「接着により大きなものをつくる」

主要因となり，結果として「新価値」や「アイなど，技術や改良で取り除こうとはしておらず，ディア」を含む「新しい行為」が生まれた場合，受け入れたうえで新しい価値を生み出している。

原因と結果の関係を示すため対応する番号を明

この思考の過程は環境制約に対するバックキャ示する。

スト思考の過程と同じと捉えてよい。この製品

4.3 BLWT の検討の開発において生み出された 3 つの新価値，ア

8 つの中小企業イノベーション事例を評価す

イディアは表 2 に示すようにすべてこの思考法るために，イノベーション事例の概念構造を明BLWT で生み出されたと捉えることができる。

示化する行為分解木を分析した。それぞれの行本研究で分析した 8 つのイノベーション事例

為分解木で分解された方式ノード，行為ノード，については，A 社や C 社は BLWT を多く用いて不具合ノード，副作用ノードの数を表 1 に示す。

おり，一方 E 社や F 社は BLWT を全く用いてい各行為分解木中で分解したノードの数を集計すなかった。平均すると新価値，アイディアの約

るとそれぞれ行為ノードで数十～百程度であっ3 割はバックキャスト思考と類似の思考法を用た。また，各行為分解木中の方式ノードの数はいて生み出されていたと判断した。残りの 7 割

その半数程度であった。それぞれの製品化プロ

は制約や不具合を，工程の改良，製造条件の見セスでは 3～8 個の不具合が起こり，また，新た直し，設計上の工夫などこれまで培ってきた技

な価値，アイディアは 2～6 個生まれていた。

術で取り除くことで有益な結果が生み出されて本研究におけるこれらの不具合は，ほとんどおり，中小企業の思考はその混合であるとみらの場合，環境制約から発生したものではない。

れる。BLWT を用いた企業はこの思考法を認識

しかし，研究目的で述べたように，中小企業はしてはいなかったが，設備の不足，限定された

その経営において環境制約よりもより多くの制材料など技術では解決できない問題を受け入れ

約を受けているため，彼らはこれらの制約を受て新たな価値を生み出していた。なお， BLWT

け入れた上で新たな価値を生み出す BLWT をを使った場合と使わなかった場合で生み出され用いている可能性がある。そこで行為分解木にた価値の内容の良し悪しの比較を行うことで，おいて同じ番号を付与した有益な結果と負の影

BLWT の有効性をより評価することができると響の関係を詳細に検討した。

考えられる。

例えば木製カードケース mokuhen の例では
表1

企業

本研究で明示化した 8 つの製品開発について

各行為分解木における各ノードの数と BLWT の数

産業分類

行為

方式

制約，

新価値，

不具合

アイディア

BLWT /
BLWT

新価値，
アイディア

A

家具・装備品製造業

92

43

6

3

3

1

B

木材・木製品製造業

106

54

8

3

1

0.3

C

なめし革・同製品・毛皮製造業

37

18

6

4

3

0.8

D

繊維工業

53

27

4

6

1

0.2

E

繊維工業

45

14

3

2

0

0

F

食料品製造業

54

30

4

6

0

0

G

食料品製造業

96

49

5

3

1

0.3

H

飲料・たばこ・飼料製造業

57

19

3

2

0

0

67.5

31.8

4.9

3.6

1.1

0.3

平均

－45－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

方法を，インタビューの内
表 2 OntoIS で明らかとなった制約，不具合プロセスと新価値，
アイディアの関係（木製カードケース mokuhen の行為分解木）
制約，不具合プロセス(1) 端材なので大きなものは作
れない(2) 材料が木材に限定される(3) 自社で NC 加工できるものに限る

新価値，アイディア

BLWT(1) 手のひらサイズの製品に温かみをながら繰り返し評価し，新たに OntoIS と呼ぶイノベ
ーションプロセスを記述する方法を開発した。そし○(2) 木のぬくもりで名刺交換時

容を記述する作業を行いて 8 つのステップからなる○

OntoIS の描写マニュアルを作成した。

(3) シンプルな形○

イノベーションの行為
分解木では，負の影響であすべての事例で工業技術センターが開発に関わる制約や不具合と有益な結果である新たな価値っており，そのうち 5 つは共同研究を行ったもとアイディアをそれぞれ不具合ノードと副作用のである。BLWT で生み出された新価値，アイノードに記述することとした。そして，それら

ディア 9 つのうち 8 つはこの共同研究のなかでの関係性を記述した。OntoIS によりイノベータ

生まれており，連携を深めた案件の方が新価値，ーの思考を明示化することで，イノベーション

アイディアが生まれやすい結果となった。

プロセスの構造を明らかにすることが可能とな

これらの結果は，暗黙の知識を明示化できるった。

オントロジー工学を用いたイノベーション思考

そして，中小企業における何人かのイノベー

モデルフレームワークである OntoIS により明

ターは，既に BLWT を利用していることが明ららかにすることができた。どのような要因がかとなった。彼らは環境制約に対しての BWT を

BLWT の使用割合に影響しているかは今後の課用いてはいないが，同様の思考である BLWT を

題である。また，今回の 8 つのイノベーション

用いていることから，意識的に BWT を用いる

事例における環境制約は 1 つしかなく，環境制

可能性を有している。

約をより多く含んだ事例取集が望まれる。環境
制約の表出が少なかった理由としては，今回の謝辞

インタビューで抽出した情報の中では，環境制

インタビューに御協力いただいた有限会社佐約は中小企業経営者の思考の中で重要度が低い

藤工芸高橋裕子代表取締役，その他企業の担当ことが要因の一つと考えられる。また，インタ者，山形県工業技術センターの担当者に深く感ビューにおいて環境の視点での質問をしなかっ

謝申し上げます。

たことも要因の一つである。一方で，本研究では未利用物（廃棄物，余剰資源）の活用が多くのイノベーション事例で見られた。将来的には

1) E.

インタビュー時に環境の視点をより強調し，また，行為分解木中の各行為や各機能について環

Ishida

文

献

and

R.

Furukawa:

NatureTechnology, Springer, 2013.
2) 石田秀輝，古川柳蔵：バックキャスト思考，

境負荷のデータを入手・記述して考察できれば，イノベーションの行為分解木をより一層役立つH.

ワニ・プラス, 2018.
3) 石田秀輝ら：2030 年のライフスタイルが教ものとすることができるであろう。

えてくれる「心豊かな」ビジネス，日刊工業
新聞社, 2013.

5

ま と め

4) 溝口理一郎：オントロジー工学, オーム社,

山形県内の中小企業で開発された 8 つのイノ

2011.

ベーション事例を対象に，オントロジー工学の

5) 高 橋 淳 ら

行為分解木を応用し，イノベーションプロセス(2008)424.

とイノベーションの主体者の思考を描写する方: 人 口 知 能 学 会 論 文 誌 , 236) 岸上祐子ら：環境科学会誌, 31(2018)89.

法を検討した。彼らの思考を明示化するための－46－

ものづくり中小企業経営者の思考の明示化と地域性―米沢地域を事例として―
三井俊明

古川柳蔵 ＊

Explicating the Thinking Processes of Managers in Small and Medium-sized Manufacturing Enterprises
Using Action Decomposition Trees and Their Regional Characteristics: A case study of Yonezawa Region
Ryuzo FURUKAWA ＊Toshiaki MITSUI
Abstract

We tried to explicate the implicit thinking processes of managers in local manufacturing small andmedium-sized enterprises (SMEs) by using the action decomposition tree method, an ontology engineering
technique. We interviewed managers in three innovative enterprises located in Yonezawa City, Yamagata
Prefecture, and described their structures of thinking by action decomposition trees. We extracted upperand lower concepts from the trees and created questions. The questionnaire survey revealed that their waysof thinking and structures of thinking also exist in the other managers in the Yonezawa region. In addition,
the relationship between the history and culture unique to the region and the extracted thinking was also
investigated.

1

はじめに

「新しい価値」を生み出すバックキャスト思考

地球環境問題を本質的に解決するには，中2)と 類 似 し た 思 考 法(Backcast-like Way of

小企業を含めた多くの製造業は地下資源に頼っ

Thinking: BLWT)が，いくつかのものづくり中

たものづくりから持続可能なものづくりへと産小企業に存在することを明らかにした。本研究

業構造を変革していかなければならない。そのでは，この OntoIS が企業経営者の暗黙の思考ためには，ものづくり関連企業経営者の思考との明示化にも可能であるかを確認することを最その構造を明示化して，そこから抽出した概念

初の目的とした。また，製品開発時と同様に，を持続可能性の観点から評価，利用していくこ

明示化した思考のなかに BLWT が存在するかとや，環境制約を土台としてそこから価値を生の検討を併せて行った。

み出す持続可能なものづくりへと繋げていくこ

分析の対象は，山形県米沢地域に所在するとが求められている。本研究では，その手始め

新事業開発に意欲的なものづくり中小企業の経としてものづくり中小企業経営者の暗黙の思考営者である。地域を限定することで，経営者の構造を明示化することを試みた。研究の対象に思考とその構造が，例えば交通の便，人材や教ついては，いわゆる「環境制約」が要因ではな

育研究機関など地理的，社会的な制約が共通で

いが，地域の主たる産業が繊維工業から電気機ある地域の他の経営者にも存在するかを確認す

械器具製造業へと数十年のうちに大きく変化しることを目的とした。また，地域に独自の歴史，

た歴史をもつ山形県米沢地域を選び，地域性に文化からの影響があるかについても併せて確認

ついても検討した。

を行った。

2

研究目的

研究方法

3

前報では，新たに開発した行為分解木のフ2022 年 1 月から 4 月にかけて表 1 に示す中小

レームワーク手法 Ontology Engineering Method

企業 3 社について，それぞれの代表取締役社長

により製品開へのインタビューを行った。いずれの経営者もfor Innovation Strategy (OntoIS)

1)発時の開発者の思考を明示化し，「制約」から【令和 3～4 年度 環境・エネルギー関連技術研究開発事業
ーションの解析手法の開発】＊東京都市大学大学院環境情報学研究科－47－

オントロジー工学を応用した中小企業イノベ

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

表1

あえて除かなかった。全体の回答数はインタビューを行った企業と経営者

69 社で回答率は 64%であった。
企業

A社

Ｂ社

Ｃ社

業種

生産用機械
器具製造業

情報通信機械
器具製造業

繊維工業

従業員数

10

140

13

創業年

1995（H7）

何代目か

初代

アンケート結果は各回答の割合について検討し，各質問間の重回帰分析や相関の確認を行った。

4 結果と考察1980（S55） 1905（M38）
3代

4.1

4代

行為分解木の試作各経営者に行ったインタビューの結果からそれぞれの行為分解木を試作しこれまでは大企業の下請型の業務を中心としてた。一例として，A 社代表取締役社長の会社経いたが，近年になって自社独自製品の開発を営プロセスの概念構造を記述した例についてそ行っている。インタビューの内容を元に OntoISの一部を図 1 に示す。経営の中で行われた行為の手順で OntoGearSIR-1.2.0 を用いた記述を行を，下層に行くほど全体からより部分の行為とった。企業経営プロセスで行われた行為を全体なるように，楕円形の行為ノードと四角の方式

からより部分の行為に分解して行為分解木を試

ノードを用いて分解した。

3)

作し，各インタビュイーに確認を依頼して完成

行為分解木の試作では，まず最上位に位置とした。

する行為（ゴール）を考察した（図 1（a））。

次に，各行為分解木のゴールにある上位概インタビューの内容から会社勤め後に自ら起業

念と下層に分解された下位概念をいくつか抽出した A 社経営者のゴールは「生きがいを得る」

した。下位概念にはインタビューのなかで強調とし，その下には「労働方式」を連ねた。「労していた概念や複数名で類似していた概念を選働方式」は「働く」，「満足する」行為に分解さんだ。

れ，各行為はさらに細かな方式に分解される。

抽出した概念についての 13 個の質問に，米沢地域に独自の歴史，文化に関して上杉鷹山

4)

行為分解木を作成する際には，下位階層の方式，

が上位階層の方式に含まれる「is-a」関係をも

米沢織 ，草木塔 について 3 個の質問を加え

ち，下位階層の行為を左から右に行うことによた計 16 問について，それらが地域のものづくって上位階層の行為が達成される「part-of」関

り経営者にもあてはまるかどうかを順序尺度に係であることに注意しながら記述を進めた 7)。

5)6)よるアンケートで調査した。アンケート対象は正の結果である「新価値」や「アイディア」

米沢繊維協議会 56 社，置賜試験場工業技術振を記述するため，副作用ノードを用いて，それ興会 41 社，その他 10 社の計 107 社とし(表 2)，が発生した行為または方式から外向きの矢印で郵送による無記名方式で行った。アンケートを明示した。また，負の影響である「制約」や送付した 107 社はほとんどが中小企業であるが，「不具合」は不具合ノードでそれが影響する行

大企業が 3 社含まれている。この 3 社の起源は為に向かう矢印で示した。制約があるからこそ米沢市で創業された中小企業であることから，生まれた「新価値」「アイディア」については

表2

アンケート対象団体

団体名

米沢繊維協議会

置賜試験場
工業技術振興会

その他
米沢地域企業

計

主な業種

繊維工業

電機・電子工業
機械工業

―

ー

送付数

56

41

10

107

回答数

36

25

8

69

回答率

64%

61%

80%

64%

－48－

三井

古川：ものづくり中小企業経営者の思考の明示化と地域性―米沢地域を事例として―

その関係性について同じ番号を付与して明示した。例えば部品の機

ゴール

（a）

階層１

生きがい
を得る

械加工を受注する際の「（1）加工働く

階層２

企業へ提案することで，「（1）信
階層３

起業する

る。

家族を
養う

製造業方式

関連情報ノード

他者貢献方式

夢実現方式

経営する

リーダー方式本研究の会社経営プロセスの行

i

満足する

会社方式

頼の獲得」など新たな価値が生まれていると理解することができ

方式ノード

労働方式

が困難」という制約に着目すると，それを工夫により実現し発注行為ノード

地元公共施設

i

社会に
貢献する

収入方式

納税方式

雇用方式

寄付方式

為分解木ではイノベーションプロ
セスの例にならい，経営の途中で問題となった内容はより詳細に記

（b）

階層４

受注する

載するため「不具合プロセス」と

通常業務式

新規事業方式して経営プロセスとは別の行為分
図面をもらう

解木に記述することとした。例え

サンプルを
提供する

提案する

受注する

階層５

ば，A 社では部品を受注する際にはサンプルを無償で試作して提供

× (1) 加工が困難

難加工実現方式

無償提供方式している。このときサンプルを有償で販売することも当然あり得る

請負う

工夫する

実現する

提案する

作製する

提供する

が，そうすることにより無償提供で得られる「好印象の獲得」や！ (1) 達成した満足感「長い目で見た利益」という新価行為停止には至らない負の影響については，前述のように直接影響する行為に不具合ノードと矢印でR1！ (1) 信頼の獲得！ (1) 付加価値大値が失われてしまうことになる。

R1
×

不具合ノード（制約，不具合）！

副作用ノード（新価値，アイディア）

階層６

記述することとした。その他の情

R1

サンプルを
販売する

！ ⻑い目で⾒た利益

有償販売方式

不具合行為
ノード
不具合方式
ノード

！ 好印象の獲得

× 行為停止影響

作製する

販売する

不具合プロセス

報については関連情報ノードで付図1

け加えた。試作した会社経営の行（a：ゴール下部分，b：「開発する」下部分）

木製カードケース mokuhen の行為分解木

為分解木は各インタビュイーに確認を依頼した。確認後の修正および追記は赤字

為分解木手法で記述することにより，イノベー

で記載することとし，「R1（Revision 1）」を付

ティブなものづくり中小企業の経営者の思考中記した。

に BLWT が存在することを確認することがで

A 社経営者の行為分解木中では，「(1) 加工がきた。

困難」という制約に関連して，「(1) 信頼の獲4.2 上位概念，下位概念の抽出

得」，「(1) 達成した満足感」の有益な結果が得

3 人の会社経営に関する行為分解木から上位られている。困難であることを受け入れてそこに現れた概念と下位に現れた概念を抽出し，アから生まれた価値としてこれらは経営におけるンケートの質問に用いた。各行為分解木はそれ

BLWT と考えて良い。また，B 社経営者の行為

ぞれ 80 個程度の行為ノードと 30 個程度の方式

分解木では，「(1) 競争相手がグローバル化」とノード，およびその他のノードから構成されていう制約に関連して「(1) 世界に技術をアピー

いるが，上位概念との重回帰分析を行うためのル」という思考が生まれており，これも BLWT

数やアンケート全体の質問数を考慮し，個々のと捉えることができる。一方，C 社経営者の行

行為分解木からは 3 または 4 個の下位概念を抽為分解木には BLWT は確認できなかった。行

出することとした。

－49－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

図2

アンケート結果（回答比）

例えば A 社経営者のゴールにあたる上位概念
は図 1（a）に示したように「生きがいを得る」
でそれをどのように達成するかは「労働方式」

表 3 「4 働くことで生きがいを得ている。」
を被説明変数とした重回帰分析結果（A 社経営者）であった。この概念から質問文を作ると「働くことで生きがいを得ている」となる。同様に下位概念を抽出して質問文をつくり，3 人の経緯者の行為分解木より合わせて 13 問を設定した。
4.3 アンケート結果

説明変数
人柄、知識、実力を備えたリー5ダーでありたい。
多様なメーカーと取引すること

6

で経験を積んでいる。
いつも、より良い方法を考え、

7集計で得られた各質問に対する回答比を図 2

工夫を行っている。

標準化係数

P値

0.213*

0.043

0.299**

0.006

0.354**

0.001

注：*p<0.05, **p<0.01に示す。いずれの質問でも 5: あてはまると 4:
ややあてはまるを合わせた肯定的な回答が半数を超えていた。特に，「9 自社の強みを見つけ，
それを活かすことを大事にしている。」は 95%

表 4 「8 自社の産業で地域に貢献したい。」を
被説明変数とした重回帰分析結果（B
社経営者）
説明変数

を超えて最も高く，「5 人柄，知識，実力を備

自社の強みを見つけ、それを活えたリーダーでありたい。」と「11 従業員には

9

自分の意思を用いて，働きがいを持ってほし10い。」がそれに続いている。一方，比較的数値が低かったのは「16 地域の企業で分担してものづくりを行っている。」，「12 地域の資源を考え，それを活かすようにしている。」で 60%前

かすことを大事にしている。

11
12

従業員には力を尽くして真剣に働いてもらいたい。
従業員には自分の意思を用いて、働きがいを持ってほしい。
地域の資源を考え、それを活かすようにしている。

標準化係数

P値

0.119

0.387

-0.0060.961

0.378**

0.008

0.285**

0.009

注：*p<0.05, **p<0.01

後であった。
次に，各経営者の行為分解木から抽出した

表5

上位概念と下位概念の思考の構造が他の経営者にも存在するかを調べるため，アンケートの回答について重回帰分析を行った。上位概念を被説明変数とし，3，4 個の下位概念を説明変数

説明変数
14
15

として用いて分析を行った（表 3～5）。
その結果，A 社経営者の上位概念は 3 個の下位概念のすべてと有意な関係を有しており，ま－50－「13 地域の産業を継承し地域に尽くしたい。」を被説明変数とした重回帰分析結果（C 社経営者）

16

従業員には技術を⾝に付け、⻑
く働いてもらいたい。
発注元、発注先と一体となって課題解決にあたっている。
地域の企業で分担してものづくりを行っている。

注：*p<0.05, **p<0.01

標準化係数

P値

0.348**

0.003-0.0090.935

0.285*

0.013

三井

古川：ものづくり中小企業経営者の思考の明示化と地域性―米沢地域を事例として―た B 社および C 社経営者の上位概念はそれぞれと方式ノードを用いて分解していくことで，企2 個の下位概念と有意な関係があった。抽出し業経営者の思考とその構造を明示化しいくつかた下位概念の半数以上については上位概念と関の BLWT の存在を確認できた。そして，得ら係があることが示された。このことから，行為れた行為分解木から上位概念と下位概念を抽出

分解木手法で明示した経営者の暗黙の思考の構してそこから質問文を組み立て，米沢地域企業

造については，他の米沢地域経営者にもおよそへのアンケート調査を行い，これらの思考が他類似した構造が存在していることが分かった。

の経営者にも存在していること，また，上位概

次にすべてのデータについて各質問間の相念と下位概念の構造についてもおよそ類似した

関表を表 6(a)に示す。米沢地域に独自の質問構造が存在することを明らかにした。

1~3 とそれ以外の質問の相関係数に着目すると，また，地域における独自の文化，歴史とのいくつかの質問と 0.3~0.5 の弱い相関はあった関係を分析したところ，「米沢織の重要性」にが 0.5 以上の相関はなかった。ここで，事前に関しては，産業分野を分けた各グループにおいt 検定によっていくつかの質問で有意差が確認て行為分解木から抽出した質問との相関が確認された 2 つのグループ，米沢繊維協議会会員企された。一方，「上杉鷹山公の精神」「草木塔に業 36 社，置賜試験場工業技術振興会会員企業代表される自然への感謝」に関しては，今回のとその他の企業の計 33 社に分けた場合の相関研究で抽出した質問との明らかな相関はなく，を同様に確認した（表 6（b），（c））。すると

学校教育などで地域の歴史，文化としては受け「2 米沢織は地域のものづくりの礎（いしずえ）

継がれているものの，ものづくり中小企業の思であり，重要だと思う。」といくつかの質問に考への影響は現在では限定的であるとみられる。

ついて係数 0.5 以上の相関が確認された。米沢

持続可能な生産消費形態の達成に向けて，

繊維協議会会員企業のグループでは，「7 いつものづくり中小企業の変革を進めるための取組も，より良い方法を考え，工夫を行っている。」

みとして，行為分解木手法を用いて経営者の暗「9 自社の強みを見つけ，それを活かすことを黙の思考を明示化するこの手法の利用が今後期大事にしている。」「10 従業員には自分の意思待される。

を用いて，働きがいを持ってほしい。」と正の謝相関があり，米沢織のものづくり精神が，新し

辞

い価値の創造に前向きに取り組み，そこにやりインタビューに御協力いただいた米沢地域

がいを見いだす姿勢と関係があるとみられる。

の 3 社の企業経営者の方々，アンケートに御協

また，置賜試験場工業技術振興会とその他の企力をいただいた企業経営者の皆様に深く感謝申業からなるグループでは「8 自社の産業で地域し上げます。

に貢献したい。」に相関係数 0.5 以上の相関が文見られた。米沢繊維協議会の企業と比べると創業から歴史が比較的浅く，また県外から進出した企業も含まれてはいるが，米沢織を地域のものづくりの礎だと考える思考と，現在の経営者

献1) T. Mitsui and R. Furukawa: Proceedings of
EcoDesign 2021, 2021, pp466-473.
2) 石田秀輝，古川柳蔵：バックキャスト思考，
ワニ・プラス, 2018.

の思考との相関が示された。

3) 岸上祐子ら：環境科学会誌, 31(2018)89.

5まとめ4) 横山昭男：上杉鷹山，吉川弘文館，1968.

本研究では山形県米沢市に所在する新製品開5) 米 沢 市 史 編 纂 委 員 会 ： 米 沢 市 史 現 代 編 ，発に意欲的なものづくり中小企業 3 社の経営者

1996.

へのインタビューを実施し，オントロジー工学

6) やまがた草木塔ネットワーク事務局：いのの手法である行為分解木を用いて，それぞれのちをいただく 草や木の命をいとおしむ「草経営の中で行われた行為について記述を試みた。

木塔」のこころを求めて，山形大学出版会，

経営のゴールとなる行為を，下層に行くほど全2007.

体からより部分の行為となるように行為ノード

7) 來村徳信ら：人工知能学会誌, 17(2002)73.

－51－

山形県工業技術センター報告 No.55（2023）

表6

各質問の相関係数表（a: 全体，b: 米沢繊維協議会，c: 置賜試験場工業技術振興会，その他）

（a）
質問番号
1

上杉鷹山公の精神に影響を受けていると
感じる。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

2

米沢織は地域のものづくりの礎（いしずえ）であり、重要だと思う。

0.475**

3

草木塔に代表されるような自然に感謝す
る心を大事にしている。

0.310** 0.425**4働くことで生きがいを得ている。

0.181

0.176

5

人柄、知識、実力を備えたリーダーでありたい。

-0.124-0.0380.015

0.480**

6

多様なメーカーと取引することで経験を積んでいる。

0.104

0.172

0.100

0.547** 0.426**7

いつも、より良い方法を考え、工夫を行っている。

0.028

0.296*

0.282*

8

自社の産業で地域に貢献したい。

0.062

0.348** 0.204

0.318** 0.288*

9

自社の強みを見つけ、それを活かすことを大事にしている。

0.015

0.185

0.197

0.322** 0.349** 0.291*

0.538** 0.433**

0.037
10 従業員には力を尽くして真剣に働いても
らいたい。

0.094

-0.0500.443** 0.539** 0.119

0.333** 0.296*

11 従業員には自分の意思を用いて、働きが0.001
いを持ってほしい。

0.142

0.023

0.336** 0.278*

0.297*
12 地域の資源を考え、それを活かすようにしている。

0.431** 0.378** 0.345** 0.318** 0.393** 0.258*

0.368** 0.273*

13 地域の産業を継承し地域に尽くしたい。 0.289*

0.347** 0.238*

0.467** 0.308** 0.302*

14 従業員には技術を身に付け、長く働いて0.009
もらいたい。

-0.003-0.0440.369** 0.534** 0.172

0.129

0.136

0.272*

0.756** 0.469** 0.166

0.347**

15 発注元、発注先と一体となって課題解決
0.011
にあたっている。

0.043-0.0820.395** 0.212

0.464** 0.183

0.087

0.222

0.133

0.209

0.179

0.085

0.154

0.043
16 地域の企業で分担してものづくりを行っ
ている。

0.135

0.006

0.124

0.220

0.233

0.077

0.159

0.074

0.091

0.010

0.342** 0.285*

0.002

0.141

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

14

15

0.159

0.571** 0.394** 0.442**
0.437** 0.397**

0.459**

0.341** 0.374** 0.489** 0.630** 0.518**

0.359** 0.344** 0.406** 0.260*

0.180

0.135
0.357** 0.641**

注：*p<0.05, **p<0.01

（b）
質問番号
1

上杉鷹山公の精神に影響を受けていると
感じる。

1

12

13

2

米沢織は地域のものづくりの礎（いしずえ）であり、重要だと思う。

0.416*

3

草木塔に代表されるような自然に感謝す
る心を大事にしている。

0.322

0.388*

4

働くことで生きがいを得ている。

0.169

0.301

5

人柄、知識、実力を備えたリーダーでありたい。

-0.182

0.198

0.097

0.285

6

多様なメーカーと取引することで経験を積んでいる。

0.286

0.219

0.021

0.564** 0.259

7

いつも、より良い方法を考え、工夫を行っている。

0.050

0.566** 0.256

0.529** 0.384*

0.351*

8

自社の産業で地域に貢献したい。

0.099

0.415*

0.143

0.324

0.391*

0.403*

9

自社の強みを見つけ、それを活かすことを大事にしている。

0.252

0.519** 0.270

0.339*

0.396*

0.226

0.556** 0.453**

10 従業員には力を尽くして真剣に働いても
0.181
らいたい。

0.507** 0.127

0.475** 0.420*

0.319

0.612** 0.591** 0.804**

11 従業員には自分の意思を用いて、働きが0.073
いを持ってほしい。

0.396*

0.090

0.471** 0.480** 0.298

12 地域の資源を考え、それを活かすように
0.240
している。

0.243

0.401*

0.316

0.355*

0.465** 0.304

0.432** 0.459** 0.351*

13 地域の産業を継承し地域に尽くしたい。 0.280

0.450** 0.188

0.408*

0.389*

0.646** 0.332*

0.499** 0.558** 0.487** 0.469** 0.645**

14 従業員には技術を身に付け、長く働いて0.109
もらいたい。

0.401*

0.204

0.358*

0.417*

0.416*

0.207

0.482** 0.701** 0.654** 0.256

0.520**

15 発注元、発注先と一体となって課題解決
0.219
にあたっている。

-0.039-0.2140.436** 0.167

0.529** 0.097

0.002

0.091

0.123

0.224

0.170

0.284

0.122

16 地域の企業で分担してものづくりを行っ-0.204ている。

-0.229-0.309-0.009

0.155

0.244

0.030

0.156

0.190

0.134

0.208

-0.0190.141-0.030

0.235

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0.145

0.306

0.490**

0.679** 0.444** 0.823** 0.908**
0.327

注：*p<0.05, **p<0.01

（c）
質問番号
1

上杉鷹山公の精神に影響を受けていると
感じる。

1

2

米沢織は地域のものづくりの礎（いしずえ）であり、重要だと思う。

0.325

3

草木塔に代表されるような自然に感謝す
る心を大事にしている。

0.201

0.381*

4

働くことで生きがいを得ている。

0.238

0.131

5

人柄、知識、実力を備えたリーダーでありたい。

-0.078-0.129-0.0190.665**

6

多様なメーカーと取引することで経験を積んでいる。

-0.017

0.251

0.212

0.528** 0.555**7

いつも、より良い方法を考え、工夫を行っている。

0.050

0.223

0.337

0.625** 0.407*

0.527**

8

自社の産業で地域に貢献したい。

0.107

0.522** 0.343

0.310

0.237

0.485** 0.295

9

自社の強みを見つけ、それを活かすことを大事にしている。

0.391*

0.190-0.140

0.124

0.221

0.307

0.369*

10 従業員には力を尽くして真剣に働いても-0.058らいたい。

-0.149-0.1930.419*

0.614** -0.068

0.110-0.04211 従業員には自分の意思を用いて、働きが0.065
いを持ってほしい。

0.136

0.021

0.127

0.141

0.396*

0.010

0.553** 0.195

12 地域の資源を考え、それを活かすように
0.204
している。

0.428*

0.295

0.422*

0.346*

0.400*

0.269

0.409*

0.237

0.084

0.051

13 地域の産業を継承し地域に尽くしたい。 0.262

0.264

0.251

0.331

0.337

0.223

0.220

0.493** 0.099

0.179

0.315

14 従業員には技術を身に付け、長く働いて0.000
もらいたい。

-0.201-0.2270.388*

0.610** 0.036-0.1130.037-0.0290.801** 0.243

0.166

0.246

-0.10215 発注元、発注先と一体となって課題解決にあたっている。

0.328

0.143

0.344

0.258

0.377*

0.270

0.194

0.399*

0.140

0.127

0.310

-0.0730.164

16 地域の企業で分担してものづくりを行っ
0.034
ている。

0.136

0.205

0.338

0.340

0.306

0.176

0.275

0.092

0.089

-0.1340.565** 0.389*

0.115

注：*p<0.05, **p<0.01－52－

0.559** 0.371*
0.042
0.083

0.636**

0.174

抄

録

/

論 文 発 表多孔質金属を複合したレジンボンド砥
石によるチタン合金の研削加工
村岡潤一

行為分解木手法によるものづくり中小企業経営者の思考の明示化と地域性―米沢地域を事例として―
三井俊明

古川柳蔵

佐藤貴仁

櫻井孝之

2023 年 度 精 密 工 学 会 春 季 大 会 学 術 講 演 会（2023.3.14）
チタン合金は低い熱伝導率や高い化学的活性＊により，工具が激しく摩耗する難削材として知られている。特にレジンボンド砥石は，耐熱性研究 技術 計画（2023）
ものづくり中小企業経営者の暗黙の思考構造が低く摩耗が著しい。本研究では，耐熱性の向がどのようなものであるかを，オントロジー工上を目的として，多孔質金属に樹脂を含侵させ学の手法を使って明示化することを試みた。山た構造のレジンボンド砥石を試作した。加工試

形県米沢市に所在する，新事業開発に意欲的な験の結果，従来のレジンボンド砥石と比較して、3 社の経営者に経営に関するインタビューを実開発砥石は約 2 倍の研削比が得られた、施し，その内容を行為分解木手法で記述した。
それぞれの行為分解木から経営のゴールに関す念を抽出し，それらの思考および思考構造が，MEMS Rogowski coil current sensor
with spiral return coil

米沢地域の他の経営者にも存在することをアン

Yoshiyuki Watanabe, Mutsuto Kato, Toru Yahagi,

ケート調査で明らかにした。行為分解木手法はHiroki Murayama, Naoya Yamada, Kenichi Yoshida

経営者の暗黙の思考構造の明示化に有効である＊

ことが分かった。また，地域の歴史や文化が現

Sashida ＊ , Katsuya Ikeda ＊ , Kosuke Ikeda ＊ ,在のものづくり経営者の思考に影響している可Toshiyuki Takemori＊

能性が示された。

Electrical Engineering in Japan (John Wiley and＊東京都市大学

Sons Inc.), 2022;215:e23408.（2022.12）

る上位の概念と，分解された下層にある下位概, Kenichi Maehara＊, Yusuke Fukuda＊, Kazuyuki

We have developed a MEMS Rogowski coilcurrent sensor with spiral return coil. The Rogowski

樹脂・金属複合構造中における金属構造の形状が熱伝導率に与える影響

coil is formed on a silicon substrate clockwise and佐藤貴仁

detection and external magnetic noise compensation

村岡潤一

counterclockwise from the edges, for current

2023 年 度 精 密 工 学 会 春 季 大 会 学 術 講 演 会(device size 10 × 10 × 0.3 mm3, spiral coil 135（2023.3.14）

turns, via diameter 100 μm). When the slew rate

レジンボンド砥石は良好な面粗さが得られる(di/dt) was kept constant at 10 A/μs, and the current

一方，結合剤の耐熱性が低いため加工熱によりwas changed by 5 A up to 40 A, MEMS Rogowski

砥石の摩耗が促進されるという課題がある。そcoil could detect current linearly. When the slew

こで筆者らは耐熱性の向上を目的として，結合

rate was changed by 10 A/μs up to 100A/μs, it was

剤中に連続した金属構造を埋め込んだ複合構造

found that the MEMS Rogowski coil could detectを持つ砥石を提案している。本研究では，シミ

current almost linearly following the referenceュレーションを用いて樹脂中の金属構造の形状

sensor. Hence, external noise compensation by theが熱伝導率に与える影響について調査し，作製

return coil has been confirmed.

した複合構造の熱伝導率の測定結果と比較，評＊Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd.

価を行った。その結果,金属構造を微細に分散さ（新電元工業株式会社）せることで熱伝導率が向上するシミュレーショ
ン結果が得られ,実験においても同様の結果が
得られた。

－53－

セルロースナノファイバの化学修飾およびセンサ応用に関する研究の間で高い界面密着性を維持できる密着層の選

加藤睦人

績のある Ta(タンタル)被膜の Au(金)拡散バリア

矢作徹

善幸 田中秀治

山田直也

吉田一樹

渡部

＊

択が重要である。本発表では，密着層として実性を評価した。その結果，400℃24hr に曝露す

電子機器 2023 トータルソリューション展 （一ると，Ta を通して若干の Au の拡散が認められ社）エレクトロニクス実装学会アカデミックプ

たが，界面密着性の低下は観られなかった。まラザ（2023.6.1）

た，陽極酸化 Ta 被膜は，単体 Ta を上回る拡散

セルロースナノファイバ（CNF）は，木材をはじめとする植物繊維を微細な繊維までほぐす

バリア性を有することが分かった。
＊ 東北大学大学院工学研究科（解繊）ことで得られる材料である。我々は，CNF の持つ比表面積の大きさと官能基に着目

湿度応答性を評価した結果，CNF は湿度変化にMEMS 技術を用いた高アスペクト比微細構造 Si 金型の作製と樹脂への形状転写

対して大きなインピーダンス変化を示すことが

矢作徹

分かった。

石井大佑 ＊＊

し，CNF を化学物質に対して応答性を有する感応膜としての応用を試みている。今回，CNF の雄＊東北大学大学院工学研究科

山田直也

ペトルス･ヤサヤ･サモリ ＊齋藤潤一 ＊

三澤孝夫 ＊

中西為＊＊＊（公社）高分子学会第 72 回高分子討論会（2023.9.26）

近年，樹脂成形品の表面に生物由来の微細構

微細多段フィン構造成形品の構造色特性の解析と評価

造を形成することで，表面濡れ性など様々な機矢作徹

まっている。我々は石井ら名古屋工業大学，ス

宏樹

＊

山田直也
峯田貴

村山裕紀

渡部善幸

能を付与するバイオミメティクスへの指向が高江目＊

ズキハイテック株式会社，山形大学と産学官連(一社)表面技術協会第 148 回講演大会（2023.9.4）

携の共同研究開発を実施しており，フナムシ模

近年，樹脂成形品の表面に，生物由来の微細倣構造による指向性，および瞬時の液滴拡散機構造を形成することで，光学特性，撥水性など能を有する無動力液体制御システムの実用化を様々な機能を付与するバイオミメティクスへの目指している。本研究では，MEMS 技術で作製ニーズが高まっている。我々はこれまでスパッしたシリコン金型を用いて，離型性を考慮した

タリング，ドライエッチング，ウエットエッチ

テーパ形状を有する微細流路構造成形品を作製

ング等の MEMS 技術を用いて，筋（リッジ）構し，樹脂への形状転写性，液滴輸送機能につい造と微細多段フィン構造を形成し，樹脂への構て評価した。

造転写を行ってきた。本研究では，微細多段フ＊スズキハイテック株式会社

ィン構造成形品の光学反射特性（青色発色）に＊＊＊山形大学＊＊名古屋工業大学

ついて電磁界シミュレーション解析を行い，構造パラメータと反射率特性について評価した。
した。

セルロースナノファイバを感応膜に用いた湿度センサの開発

＊山形大学

加藤睦人

さらに実際に作製した成形品の光学特性と比較

矢作徹

善幸 田中秀治

山田直也

吉田一樹

渡部

＊

第 84 回応用物理学会秋季学術講演会（2023．

陽極酸化タンタル被膜の拡散バリア性
加藤睦人

山田直也

吉田一樹

田中秀治

9.22）

＊

我々はセルロースナノファイバ（CNF）の比(一社)表面技術協会第 148 回講演大会（2023.9.4）

表面積の大きさと、分子鎖に多く存在する水酸センサや半導体デバイスなどの電子デバイス基に着目し，様々な気体検出への活用を試みてを作製するうえで，配線金属薄膜と下地基板といる。CNF を感応膜とした MEMS 型センサを－54－

作製し特性を評価した結果，交流インピーダン
スは低湿度雰囲気では高く，逆に高湿度雰囲気
では低くなることが分かった。相対湿度 23%～
85%の範囲で 1000 倍以上のインピーダンス変化が得られたことから，CNF 感湿膜は湿度セン
サとしての十分な性能を有することが確認された。
＊東北大学大学院工学研究科

山形県庄内産原料を使用した熟成生ハ
ム開発と商品化菅原哲也

杉本昌弘 ＊

帯谷伸一 ＊＊

食品と容器, Vol.64, No.2, 72-77(2023)
熟成生ハムは, 豚の骨付きモモ肉を塩漬し,乾燥, 熟成工程を経て製造される。近年, 日本
でも熟成生ハムが製造されるようになっているが, 熟成生ハム各部位や熟成期間中の呈味性や呈味成分変化について, 詳細な検討は行われていない。今回, 我々は, 最新の分析装置を用いた代謝物分析や呈味性解析により, 熟成生ハム
各部位の呈味特性を明らかにするとともに, 熟
成生ハム製造における最適な熟成期間について考察した。さらに, 官能評価により, 試作開発
した熟成生ハムの嗜好性について, 国内外の市販されている主要な熟成生ハムと比較, 検討し,山形県庄内産原料を使用した高品質な熟成生ハムを商品化することができた。
＊慶應義塾大学先端生命科学研究所＊＊株式会社

東北ハム－55－

研究成果広報委員
飛

塚

金

田

後

藤

大津加

幸

喜

鈴

木

亮

叶

内

剛

広

喜

一

工

藤

晋

平

慎

教

佐

竹

康

史

山形県工業技術センター報告

剛No.55(2023)

2024 年（令和 6 年）3 月
発行

山形県工業技術センター〒990-2473
山形市松栄二丁目 2 番 1 号
Tel.(023)644-3222

印

刷

株式会社大風印刷