環境感応性高分子材料の開発研究−樹脂劣化検知材料の開発研究（２）−繊維・有機環境材料担当
要旨

宮川

栄一

ポリエチレンの一次構造の種類による劣化への影響と，劣化検知樹脂の実用化に向けた検知機能の高性能化を検討した。その結果，一次構造の違いが光照射に伴って起こる分子の切断・架橋に影響を及ぼし，光照射時間が 20 時間以上で結晶化に影響を及ぼす構造変化があることが示唆された。また，顔料の退色促進のため，ラジカル発生剤と増感剤を添加したが，著しい効果は認められなかった。複数顔料の混練方法は，色変化が明確で，検知時期の制御に効果的であると分かった。
１．はじめに

表1

本研究では，光劣化による機能低下が原因で起種類

ポリエチレンの物性
厚み

熱処理

無添加 LDPE #042

0.075mm

急冷

LDPE #183

0.075mm

急冷

こる事故を未然に防ぎながら，プラスチック材料の長期使用を可能にするための指標，つまり「センサー／インディケータ機能」を示す劣化検知樹0.075mm

急冷

無添加 HDPE #041

0.075mm

急冷

HDPE #4010

0.075mm

急冷

LLDPE #ZF230

脂を開発するため，ポリオレフィン材料を使用し，

*1)

融解熱
(J/g)

110.6
107.6
117.3
124.2
128.6

101.7
99.2
107.3
181.4
224.2

融点
(℃)

*1)

その可能性を検討してきた。ポリオレフィン材料*1)㈱ﾘｶﾞｸ DSC8230Dは，フィルム製品のほか構造材料としても使用されており，検知技術の開発による材料の安全性・

２．２

試薬

顔料として，大日精化工業㈱製 A110 ﾚｯﾄﾞ )，ｾ1

信頼性の向上が期待され，併せて地球資源の有効

ｲｶﾌｧｰｽﾄｴﾛｰ 2600，ｼｱﾆﾝﾌﾞﾙｰ 4920G，デュポン社

利用を図ることが求められている。
本年度は，劣化検知の対象となるポリエチレン

製 R101 ﾁﾀﾝ，ラジカル発生剤として， Aldrichの一次構造の種類による劣化進行の違いを評価すChemical Company Inc.製 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ，増感剤とるとともに，劣化検知樹脂の実用化に向け，検知して，Aldrich Chemical Company Inc.製ﾋﾟﾚﾝ，東機能の高性能化を図ることを目的としている。

京化成工業㈱製 7-ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ-4-ﾒﾁﾙｸﾏﾘﾝ，3-(2-ﾍﾞﾝｿﾞ
ﾁｱｿﾞﾘﾙ)-7-(ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ，3-(2-ﾍﾞﾝｽﾞｲﾐﾀﾞｿﾞﾘﾙ) -7-(ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ，光安定剤として，旭電化

２．実験
２．１

2)

工業㈱製ﾋﾝﾀﾞｰﾄﾞｱﾐﾝ系ｱﾃﾞｶｽﾀﾌﾞ LA-63P3)，エア・試料

実 験 に 用 い た ポ リ エ チ レ ン は ， SCIENTIFIC

ブラウン㈱製蛍光顔料ｱｰｸ･ｲｴﾛｰ ZQ-164)，シプロ

POLYMER PRODUCTS.INC 製無添加低密度ポリ

化成㈱製紫外線吸収剤 SEESORB712，二色性色

エ チ レ ン LDPE#042， 高 密 度 ポ リ エ チ レ ン

素として，三井化学㈱提供のサンプルを用いた。

HDPE#041，および酸化防止剤等を含む㈱東ソー
製市販品 LDPE#183，LLDPE#ZF230，HDPE#4010

２．３

フィルム成形を使用した。各ポリエチレンペレットのフィルム㈱東洋精機製作所製ミキサー R100H を使用し，成形後(厚み 0.075mm)の DSC 測定による融点(吸温度 150 ℃，10 分間 PE ペレットと顔料等添加物

熱ピーク温度)および融解熱を表 1 に示す。

を溶融混練して自然冷却した後，㈱ホーライ製粉
砕器 UGC-280KGS で試料を粉砕した。

-1-

フィルムは，テクノサプライ㈱製卓上型ホット２．８

機械的強度の測定

プレスを使用し，圧力 20MPa，温度 150 ℃で，

応力 -ひずみ測定は，インストロン・ジャパン

余熱 2 分，プレス 3 分の条件で粉砕試料を加圧し，㈱製万能抗張力試験機 5569 型を使用し，温度 23

水冷冷却板中で急冷した。成形は，表面をエタノ± 2 ℃，相対湿度 50 ± 5%の恒温恒湿室で速度ールで十分洗浄した東レ製 PET フィルム（75 μ20mm/min.で実施した。

厚）で試料を挟んでプレスした。
延伸試料は，テクノサプライ㈱製フィルム延伸

２．９

分子量分布の測定

日本ｳｫｰﾀｰｽﾞ㈱製 Alliance GPCV-2000 を使用

装置を使用し，室温で 5mm/sec の速度で作製しし，溶媒 ODCB，140 ℃で分析して，Mn，Mw，Mz

た。

を求めた。
２．４

劣化試料の作製

スガ試験機㈱製スーパーキセノンウェザーメー

２．１０

ミノルタ㈱製色差計 CM-3500d を使用し，x 値

タ SX-75 を使用し，7.5kW のキセノンランプで(290 〜 800nm，550W/m )，ブラックパネル温度 63
2

色差の測定

（赤味成分）の変化を測定した。

℃，湿度 50 ％の条件で光照射した。
３．結果と考察
２．５

ＤＳＣによる融解熱の測定

３．１

DSC 測定は，理学電機㈱ DSC8230 を使用し，劣化検知時期への一次構造の影響

現在ポリエチレンは，年間 329 万トン生産され5)5mm φのアルミニウムパンに試料を入れ，昇温ており

速度 10 ℃/min.，測定温度：室温〜 150 ℃で加熱

合触媒や製法により様々な構造の PE が生産され測定を行った。融点は吸熱ピーク温度 Tp を示す。

ており，代表的な構造としては，図 1 に示すよう，その用途により種類は非常に多い。重な(a)LDPE，(b)LLDPE，(c)HDPE に分類される。
２．６

FTIRによるカルボニル基の吸光度測定(a) 低密度ポリエチレン(LDPE)㈱島津製作所製顕微フーリエ変換赤外分光分析
装置 FTIR-8300 を使用し，透過法により 1715 〜(b) 直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)

1720cm 付近に現れるカルボニル基(> C=O)の伸-1

縮振動の吸光度を求めた。
(c) 高密度ポリエチレン(HDPE)

２．７

紫外可視吸光度および二色比の測定

図1

ポリエチレンの構造

吸光度は，㈱島津製作所製紫外可視分光光度計
UV-1600PC を使用し，波長 400 〜 800nm の範囲

平成 13 年度の研究において，一次構造と機械で測定した。二色比は，ケニス㈱製の厚み 0.2mm

的強度の関係について調べた 12)。いずれの PE も

偏光フィルムを延伸方向に並行および垂直方向に

約 4 日間の劣化誘導期間中の強度変化は小さい設置して測定した。

が，その後，程度の差はあるものの全ての PE でフィルムの延伸方向に並行な光を当てた時の吸急激な強度低下傾向を示した。従って，光照射に光度を A Ⅱ，垂直な時の吸光度を A とし，二色よって分子量分布に大きな変化があると考えられ

比 D を式(1)により求めた。

ため，分子量分布を GPC により測定した。

T

D=A Ⅱ／ A式(1)一次構造の異なる PE について，0，1，2，4，8，16
日間の光照射後の分子量測定結果を表 2 に示す。
また，市販品 PE の分子量分布を図 2 に示す。
-2-

T

表2

LDPE#042

高温ＧＰＣによる分子量測定結果

exposuretime

LDPE#183

LLDPE#230

HDPE#041

HDPE#4010

Mn

Mw

Mw/Mn

Mn

Mw

Mw/Mn

Mn

Mw

Mw/Mn

Mn

Mw

Mw/Mn

Mn

Mw

Mw/Mn

unexposed

51,841

198,51055,480

193,141

240,694

255,218

229,938

225,128

47,022

212,708

70,741

243,464

40,960260,529

34,311

222,51252,766279,646

51,223

212,052

70,000236,700

35,487263,71435,039205,646

4days

46,716408,606

42,435

304,700

62,343222,065

38,994

205,519

34,248226,568

8days

27,287

172,786

28,508250,487

46,228180,034

31,798118,310

26,244

146,963

16days12,98747,597

12,271

43,931

23,71578,294

14,02747,934

6.11
6.36
7.43
5.27
3.72
3.42

40,942

57,717

3.33
3.44
3.38
3.56
3.89
3.30

41,747

2days

3.48
4.52
4.14
7.18
8.79
3.58

72,248

1day

3.83
3.90
5.30
8.75
6.33
3.66

19,79664,225

5.62
6.49
5.87
6.62
5.60
3.24

いずれの PE も光照射によって分子量が大きくとともに低下している。一方，Mw は，張力，耐低下し，LDPE では，同時に高分子量成分が増加

衝撃性のような強度特性に関連する指標となるしている。分子量低下の原因は分子の切断であり，が，一次構造によって異なる。特に LDPE では，4増加は架橋によって起こると考えられる。

6)

従って，分子構造の変化が PE の機械的物性に大き日間の誘導期間後 7)8)9)10)，架橋の進行が原因で大きく上昇している。

な影響を与えていると考えられる。

+5[×10 ]
4

LDPE#183
0.8 Mn=55,480
Quenched film
ODCB 140℃
0.6

1 day exposed

2 days8 days0.4

Mw3

Unexposed

Mn / Mw

dwt/d(logM)

1.0

●
▲
■

LDPE#183
LLDPE#230
HDPE#4010

8

16

2

Mn

1

16 days0.2

4 days

0.0
2.0

3.0

4.0

5.0
Log Mw

6.0

0
7.0

0

1

8.0

2
4
Exposure time / day

図3 光照射時間に対するMn，Mwの変化

1.0

dwt/d(logM)

LLDPE#230
Mn=72,248
0.8
Quenched
ODCB 140℃
0.6

Unexposed
1 day exposed

また，分子量分布の幅を示す多分散度 Mw/Mn

2 days0.4を図 4 に示す。LDPE の多分散度において，Mw

8 days4 daysの上昇による影響が顕著に出ている。

16 days

0.2

3.0

4.0

5.0
Log Mw

6.0

7.0

Poly Dispersity / Mw/Mn

9
0.0
2.0

8.0

1.0
HDPE#4010
Mn=40,942
Quenched film
ODCB 140℃

dwt/d(logM)

0.8

Unexposed
1 day exposed

0.6

2 daysLDPE#183
LLDPE#230
HDPE#4010

6
5
4
3

0.4

8 days4 days0

16 days

0.2
0.0
2.0

図2

●
8 ▲
7 ■

3.0

4.0

5.0
Log Mw

6.0

7.0

図4

8.0

３．２

光照射時間に対する分子量分布の変化

142Exposure time / day

816

光照射時間に対する多分散度の変化

光安定剤の効果

一般にプラスチックの成形加工時には，劣化を次に，光照射時間に対する数平均分子量 Mn お

抑制して物性低下を抑えるための各種添加剤が使よび重量平均分子量 Mw の変化を図 3 に示す。

用されている。主たる添加剤である安定剤は，機Mn は，脆性，流動特性，圧縮永久ひずみに関能別にラジカル連鎖開始阻害剤，ラジカル捕捉剤，連する指標となるが，いずれの PE も光照射時間

過酸化物分解剤に分けられる。また，改質のため-3-

可塑剤，難燃剤，滑剤，帯電防止剤，造核剤等が

4

hals:0.5％
UV Absorption / logε併せて用いられる場合が多い。
ここでは，図 5 に示す代表的なラジカル捕捉剤であるヒンダードアミン系光安定剤(HALS)の光劣化抑制効果を確認するため，無添加 LDPE に
HALS を 0 ％，0.05 ％，0.1 ％，0.3 ％，0.5 ％添

3

2
16days
1

4
1

20

0
200

加した厚み 0.3mm のフィルムを作製して光照射
し，HALS 添加量に対するそれぞれのカルボニル

図8

8says
2days

250

300
350
wave length / nm

Unexposed
400450

光照射時間に対する紫外可視吸光度の変化

基吸光度の変化を比較した。結果を図 6 に示す。
R
N

R
N
CH3
H2C−C−HC

B.T.C

RN

CH3
N
R

R：

CH−C−CH2COH2C

図 7 の HALS を添加しない場合，220nm をピ

CH3

CH2O

OH2C

CH2O

NR

B.T.C
n

ークに 200 〜 300nm 付近の吸光度が光照射時間

CH3
N
R

–CH 3

B.T.C： CH2COO–
CHCOO–CHCOO–
CH2COO–（旭電化カタログより）

3)

図5は，共役性吸収帯やラジカル性吸収帯である。つヒンダードアミン系光安定剤(HALS)
●
▲
■
◆
○

–1

15
Absorbance / mm

とともに大きく増加している。この範囲の吸収帯

Chemical Structure of HALS(LA–63P)

10

まり，光照射によって構造変化を起こしているこ

non additivehals 0.05％ added
hals 0.1％ added
hals 0.3％ added
hals 0.5％ addedとが確認できた。この吸収帯の明確な帰属はできないが，主な化合物では，カルボン酸(R-COOH)
は 208nm，エステル(R-COOR')は 211nm，ポリエ

誘導期間

ン化合物(H-(CH=CH)n-H、n=2)は 217nm に帰属

5し，これらに帰属される可能性は高い。 )
12

0

図6

0

1

2
4
8
Exposure Time / days

16 20 24

図 8 の HALS を添加した場合は，未照射時にHALS 特有の吸収が現れるが，光照射後の変化は

光照射時間とカルボニル基吸光度の変化少ない。
無添加 LDPE が誘導期間後急激にカルボニル基
吸光度が増加する一方，HALS を添加したフィル

３．劣化再製膜の物性評価

ムは， 24 日間光照射しても，吸光度は全く増加

一旦，PE 材料が製品として環境中に曝された

せず，HALS の光酸化防止効果が非常に大きいこ

場合，多少なりとも光劣化が進行する。従って材とを証明した11)。今後さらに光照射時間を延ばし，料のリサイクル性を評価，確認する必要がある。

誘導期間および添加量との関係を調べる必要があ

無添加 LDPE に 8，12，20 日間光照射した後，る。

再度フィルムに再製した試料の物性を測定した。

次に，HALS を含むフィルムの紫外可視吸収ス
ペクトルを測定することによって安定剤の変化を

表3
照射時間

未照射

調べた。結果を図 7 および図 8 に示す。
4

UV Absorption / logε8日

hals:0％

16days3
20days
2

8days

1

4days

12 日
20 日

2days
1day
0
200

図7

250

300
350
wave length / nm

再製膜の熱物性

薄膜(0.1mm)

110.7 (℃)
109.4 (J/g)
38.1 (％)
110.0 (℃)
129.4 (J/g)
45.1 (％)
111.0 (℃)
136.5 (J/g)
47.6 (％)
111.0 (℃)
141.1 (J/g)
49.2 (％)

厚膜(0.3mm)

111.4 (℃)
104.3 (J/g)
36.3 (％)
111.2 (℃)
104.9 (J/g)
36.6 (％)
110.6 (℃)
129.6 (J/g)
45.2 (％)
110.9 (℃)
145.3 (J/g)
50.6 (％)

再製膜(0.1mm)

110.7 (℃)
109.4 (J/g)
38.1 (％)
111.1 (℃)
113.3 (J/g)
39.5 (％)
110.7 (℃)
105.7 (J/g)
36.8 (％)
111.5 (℃)
126.1 (J/g)
43.9 (％)

注) 上段：融点(℃)
中段：DSC から求めた融解熱(J/g)
下段：DSC 融解熱から求めた結晶度(%)

unexposed
400450

光照射時間に対する紫外可視吸光度の変化-4-劣化後，破断応力および破断ひずみが小さくな

表 3 に DSC による融点，融解熱の測定値，お13)

よび完全結晶の融解熱を 287J/g とした時の結晶っている。また，PE には２つの降伏点が観察さ度の計算値を示し，表 3 に融解熱の変化を示す。

れる。第一降伏は，結晶相の微視的な崩壊(tilting)

融解ピーク温度に大きな差はなく，結晶構造そであり，それには非晶鎖はほとんど関与しないたのものの変化は小さいように考えられる。しかし，

め劣化の影響を受けず，第一降伏点ひずみは変化

通常光劣化によって結晶度は増加するが，溶融再しない。しかし，第二降伏は，規模の大きい結晶

製した場合は，12 日までの試料では結晶度は増相の崩壊( twisting)であり，非晶相の分子鎖の切加しないが， 20 日の試料では，再製処理によっ断が直接関与するため，劣化後の第二降伏点ひずて大きな結晶度を持つ試料が得られることが分か

みは小さくなる。それぞれの降伏応力が，劣化後った。これは，分子切断など一次構造に変化が生大きくなるのは，結晶度の違い，あるいは球晶のじ，結晶化しやすい構造に変わっていることを示

完全性を反映したものと考えられる。 ) )14 15

唆している。
150

４．劣化検知の高機能化

heat of fusion / J/g

LDPE#042
140

4‑1

再製
130

今までの研究で，顔料の退色を早めるため

120の促進剤を種々検討してきたが，大きな効果

110は得られていない。このため，より効果のあ

repressed film
100

劣化促進剤添加による退色効果

0

8 10
exposure time / day

図9る促進剤となりうるラジカル発生剤と増感剤

20

光照射時間に対する融解熱の変化の有効な組合せについて，文献等の調査から
表 4 に示す組み合わせをリストアップし，検図 10 に，上から 8，12，20 日間光照射後およ討することとした。

び再製膜の応力-ひずみ曲線を示す。
12
未照射
８日照射
８日照射後再製膜

11

応力 / MPa10応力 / MPa

未照射

８日照射

表4

15

9
8
2nd

No.

10

８日照射後再製膜

ｹﾄｸﾏﾘﾝ誘導体

2 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)

0.5
ひずみ / ε

0

1

1

2

3
ひずみ / ε45ﾙｱﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ

6

未照射
12日照射
12日照射後再製膜

111512日照射後再製膜
応力 / MPa

10
9
8

2nd

5 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)

ﾁｵｷｻﾝﾃﾝ色素(TXD)＋ｼﾞﾌｪﾆﾙﾖ
ｰﾄﾞﾆｳﾑ塩

6 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)

0.5
ひずみ / εﾋﾞﾆﾙﾋﾟﾛﾘﾄﾞﾝ)(PVP)
7 3-ﾌｪﾆﾙ-5-ｲｿｵｷｻｿﾞﾛﾝ(PIO)

0

1

1

2

3
ひずみ / ε4

5

6

8 2-ﾒﾁﾙｶﾌﾟﾄﾍﾞﾝｽﾞｲﾐﾀﾞｿﾞｰﾙ
9 ｲﾐﾀﾞｿﾞｰﾙ二量体

1215
応力 / MPa

応力 / MPa

10
9
8
2nd

16)

16)

16)

10 ｼﾞﾌｪﾆﾙﾖｰﾄﾞﾆｳﾑ塩

未照射

未照射
20日照射
20日照射後再製膜

1116)

ﾁｵｷｻﾝﾃﾝ色素( TXD)＋ﾎﾟﾘ( N-

12日照射

0

1st
0

ﾒﾛｼｱﾆﾝ色素
芳香族ｹﾄﾝ

ｱｸﾘｼﾞﾝ色素

16)

20日照射

ﾝｾﾞﾝ(PBIF)

16)

16)

16)

ﾒﾛｼｱﾆﾝ色素

11 1,3-(t-ﾌﾞﾁﾙｼﾞｵｷｼｶﾙﾎﾞﾆﾙ)ﾍﾞ ﾁｵﾋﾟﾘﾘｳﾑ塩

102)7-ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ-4-ﾒﾁﾙｸﾏﾘﾝ

7
6

2)

4 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)

10

5

2)

3-(2-ﾍﾞﾝｿﾞﾁｱｿﾞﾘﾙ)-7- (ｼﾞｴﾁﾙｱ
ﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ

未照射16)17)

3-(2-ﾍﾞﾝｽﾞｲﾐﾀﾞｿﾞｲﾙ)-7- (ｼﾞｴﾁ

3 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)

12応力 / MPa

増感剤16)17)

0

1st
0

ラジカル発生剤

1 N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ(NPG)576

効果が期待される組み合わせ16),ｱﾘｰﾙｹﾄﾝ色素

16)，ﾒﾛｼｱﾆﾝ色素

16)

ｶﾙﾎﾞﾆﾙ)ﾍﾞﾝｿﾞﾌｪﾉﾝ(BTTB)

20日照射後再製膜

16)

16)

12 3,3',4,4'-ﾃﾄﾗｷｽ(t-ﾌﾞﾁﾙｼﾞｵｷｼ ｷﾉﾘﾝ ，ｽﾁﾘﾙｷﾉﾘﾝ系色素
5

16)

16)

16)

16)

7

0

1st
6

0

0.5
ひずみ / ε

図10

1

0

1

2

3
ひずみ / ε45光照射試料の応力−ひずみ曲線6

表 4 中の No.1 〜 No.6 に示すラジカル発生剤
N-フェニルグリシンは，図 11 に示すように，多-5-色差計による測定結果を図 12 に示す。赤味の環状芳香族炭化水素や，ケトクマリン化合物など
17)，光酸化還元反程度を示す x 値( X/X+Y+Z)で評価すると，No.1

応により水素移動反応が起こり，ラジカル活性種〜 No.3 は，ほとんど同じ退色傾向を示したが，の光増感剤と同時に用いた場合を生み出すことが知られている。
さらに池田らの研究

18)19)20)

16)

No.4 では 2 日間照射後までは x 値は下がらず，で，ピレンを光増感

その後急激に低下した。これは，増感剤の色が影剤とする 2,4-位にメチル基を持つ NPG(NDMPG)響していると考えられる。また，No.5 は，2 日〜 4が，光分解性が非常に高いと報告されており，退日にかけて急激に x 値が低下するという特異なパ

色促進に効果が期待できる組み合わせではないか

ターンを示した。

と考えられる。
O

N

O

NHCH2COOH

O

N

＋

Et

Et

ｹﾄｸﾏﾘﾝ化合物(光増感剤)

N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ
↓ｈν

OH

N

O

NHCH2

O

N

Et

＋

＋ CO2

Et

ﾗｼﾞｶﾙ活性種
図11

ｹﾄｸﾏﾘﾝ化合物を光増感剤とするﾗｼﾞｶﾙ発生
光照射日数

写真1

本研究では，入手可能な試薬を使用し，表 5 に

1

●
▲
■
◆
○

0.40

効果を調べた。顔料層は橙蛍光顔料フィルムとx

TiO2 フィルムで積層し(厚み 0.15mm)，0，1，2，4，

0.35

8，16 日間光照射した。結果を写真 1 に示す。

0.30
0

1

2

図12

試験フィルム（１）樹脂

顔料

ﾗｼﾞｶﾙ発生剤

増感剤

１

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

#042

1wt%

無添加

無添加

２

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞN-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ

#042

1wt%

0.5wt%３

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

#042

1wt%

４

LDPE

５

4

8

16

添加した劣化促進剤の退色効果

赤味 0.45

試料を作製して，光照射時間に対する顔料の退色

No.

2

0.50

示すラジカル発生剤と増感剤を組合せたフィルム

表5

0

4‑2

4

No.1(無添加)
No.2(NPG+pyrene)
No.3(NPG+DEMQ)
No.4(NPG+BTDEQ)
No.5(NPG+BIDEQ)

8
Exposure Time / days

16

ｘ値（赤味）の変化

顔料の混合方法による退色効果

今までの研究では，フィルム中に顔料を単独にﾋﾟﾚﾝ 0.5wt%

混練したが，ここでは表 6 に示すように，光照射

N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ

7-ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ-4-ﾒﾁﾙｸﾏﾘ

によって「退色し易い顔料(赤)」と「退色し難い

0.5wt%

ﾝ 0.5wt%

A110 ﾚｯﾄﾞN-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ

3-(2-ﾍﾞﾝｿﾞﾁｱｿﾞﾘﾙ)-7-

顔料(黄，青)」を混合混練し，劣化後に「退色し

#042

1wt%

0.5wt%(ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ 0.5wt%

難い顔料(黄，青)」の色のみを発色させる方法で

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞN-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ

3-(2-ﾍﾞﾝｽﾞｲﾐﾀﾞｿﾞﾘﾙ)-7-

#042

1wt%

0.5wt%(ｼﾞｴﾁﾙｱﾐﾉ)ｸﾏﾘﾝ 0.5wt%の色変化を調べた。さらに，これらのフィルムに
光安定剤＋紫外線吸収剤(退色延長効果)を添加することによって，顔料の退色時期がどのように変外観上の色変化は，無添加フィルムに比べ大きな促進効果は認められず，退色速度はほぼ同じで化するかも調べた。フィルムの厚みは， 0.15mm
である。

あった。

光照射前後に測定した色差測定の結果を写真 2-6-

位な退色傾向を示した。つまり 4 日目までに a 値

および図 13 に示す。
表6

試験フィルム（２）が小さくなり，4 日以降はほとんど変化しなかっ顔料

た。ただし，見た目をさらに明確にするためには

No.

樹脂

１

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

1wt%

#042

ｴﾛｰ 2600

1wt%

２

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

1wt%

#042

ﾌﾞﾙｰ 4920G

1wt%

３

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞｴﾛｰ 2600
ﾌﾞﾙｰ 4920G

1wt%
1wt%
1wt%

４

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

1wt%

HALS(LA-63P) 0.5wt%#042

ｴﾛｰ 2600

1wt%

SEESORB712

５

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞ

1wt%

HALS(LA-63P) 0.5wt%

ﾁﾝ系，ｱﾝﾄﾗｷﾉﾝ系，ｱｿﾞ系，ﾒﾛｼｱﾆﾝ系などが知られ#042ﾌﾞﾙｰ 4920G

1wt%

SEESORB712ているが，１つの振動方向の光(偏光)を選択的に

６

LDPE

A110 ﾚｯﾄﾞｴﾛｰ 2600
ﾌﾞﾙｰ 4920G

1wt%
1wt%
1wt%

HALS(LA-63P) 0.5wt%

#042

#042

光安定剤＋紫外線吸収剤

厚みをもっと薄くする必要がある。

無添加
無添加

4‑3

無添加

SEESORB712

二色性色素の特性変化による検知の検討

液晶や偏光フィルムに用いられている色素の中に，二色性を示す材料がある。この色素は，ｱｿﾞﾒ

0.5wt%

0.5wt%

吸収し，直交する偏光は吸収しないという性質を0.5wt%

持っている。例えば PET 基材(疎水性)や PVA 基
材用(水溶性)の色素 16)が実用化され，二色比が 20を超える製品(高性能色素の場合は，二色比が 40〜 50)も出ている。フィルム製品では，この二色性機能を発現させるために，色素を混練して一軸延伸加工することによって強制配向させたものが使用されている。
本研究では，この光学的異方性である二色性の変化を利用すれば，PE の劣化検知に適用できる可能性があるのではと考え実験・検討を加えた。
光照射日数 0

1

2

写真2

4

8

●

No.1

■

No.4

●
■

よって二色性を示さなくなると考えられるためで–10

a値（緑味を表す値）

a値（赤味を表す値）て分子鎖の緊張緩和と切断で配向が崩れることに

No.3
No.6

No.5

ある。
dichromatic pigment

–20

–20

10

–30

–30

0

つまり，図 14 に示すように，一方向に配向させた延伸フィルム中の二色性色素は，光照射によっ

●
■

No.2

–10

20

24

（赤味）
0

b値（青味を表す値）

3020

混合顔料の退色効果
（黄味）
0

40

16

（緑味）

光劣化
–10

–40

0 2 4
8
16 20 24
Exposure time / days

–40

0 2 4

8
16 20 24
Exposure time / days

0 2 4 816 20 24
Exposure time / days

図13 色差の変化
二色性を示すNo.1 および No.4 は，酸化誘導期間後，光照射

図14

時間とともに顔料(赤)が急激な退色傾向を示してa 値が低下したが，光安定剤を加えた No.4 の方が意に反して退色速度が速かった。 No.2 およびNo.5 も同様に b 値が低下して青色が発色した。
一方，No.3 および No.6 は，フィルムを透かして観察すると緑色が出現し，劣化検知機能として優polymer

二色性を示さない

劣化前後の二色性色素の配向イメージ

そこで，二色性色素を PE に混練して延伸配向させたフィルムを作製し，二色比が光照射前後で変化しないか調べた。
延伸処理によって試料中の分子を配向させるには，結晶が粘弾性となる結晶緩和温度で効率よく-7-行われる。この温度では，結晶の部分的回転や結５．今後の課題

晶面に沿ったすべりが起こりやすく，分子鎖の折本研究では，光照射時間に対して誘導期間後，れ畳みが解けて繊維構造へ変換していくためであ

顔料の急激な退色速度の実現を目指した。今後，る。センターには，恒温槽付き延伸装置がないた

さらに実用化に近づけるため，劣化検知対象としめ，写真 3 に示すフィルム自動延伸装置を用い常ての具体的な製品ターゲットを定めて機能向上を温で延伸した。作製した試料を写真 4 に示す。

図る必要がある。
また，退色性顔料と促進剤の選択，顔料の混合
混練，厚みが色変化特性に及ぼす影響の把握と性能向上をさらに進める必要がある。
また基礎実験として赤外二色比の測定により，結晶・非晶挙動や劣化生成物の配向挙動を解明することも劣化検知を精度よくするために必要である。また，本研究をさらに進めることによって，

写真3

フィルム自動延伸装置(赤外二色比測定用)

熱履歴など環境履歴記憶（検知）材料への応用など新たな応用展開も可能となる。
６．まとめ(1)一次構造の違いは，光照射に伴って起こる分子の切断・架橋に影響を及ぼしている。
(2)劣化試料再製膜の DSC 測定は，光照射時間が20 時間以上で結晶化に影響を及ぼす構造変化があることを示唆している。

写真4 二色性色素を含む延伸前後のフィルム(3)ラジカル発生剤と増感剤の添加は，用いた顔図 15 に 24 日間の光照射前後の延伸フィルム料に対しては著しい退色促進効果は認められなか(青）の可視光吸光度二色比を示す。この色素は，った。

約 647nm 付近に最高の二色比を示している。光

(4)顔料の複数混練方法は，膜厚等を考慮に入れ

照射前での二色比が 3.7，照射後が 4.2 を示してれば，検知時期の制御や明確な色変化に有効であおり，上述の考え方に反する結果が得られた。

り，現時点では最も実用化に近い方法と分かった。
(5)二色性色素の応用は，延伸サンプルの作製や5最大二色比=4.2
二色比 / AⅡ/A

T

二色比の測定に課題を残している。

4
最大二色比=3.7
3

光照射後

1

謝辞

647nm

2

光照射前

400

図15

この研究を実施するにあたり，ご指導いただい
500

600
wave length / nm

700

た滋賀県立大学田中晧教授，徳満勝久講師に深謝800いたします。

光照射前後の可視吸光度二色比

なぜ，光照射後に二色比が増加するのか，原因は不明であり，試料作製方法と併せて，さらに詳
細な調査と実験を要する結果となった。

文献
1)大日精化工業株式会社，会社案内(ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ顔料)
2)東京化成工業㈱,ｵﾝﾗｲﾝｶﾀﾛｸﾞ
3)旭電化工業株式会社，ｱﾃﾞｶｽﾀﾌﾞ ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ用添加剤概要
4)ｴｱ･ﾌﾞﾗｳﾝ株式会社，製品ｶﾀﾛｸﾞ(蛍光顔料)
5)石油化学工業協会統計-8-6)Akira Tanaka,Hiromitsu Uno,Mitsunobu Kitamura,and Eiichi
Miyagawa,RPPP,Japan,Vol.42(1999)
7) Akira Tanaka,Eiichi Miyagawa,Koh-hei Nitta,Hisayuki
Nakatani,Polymer Preprints,Japan Vol.47,No.2( 1998)
8) Akira Tanaka,Eiichi Miyagawa,Mitsunobu Kitamura,Koh-hei
Nitta,Hisayuki Nakatani,Polymer Preprints,Japan Vol.47,No.8( 1998)
9)宮川 ,田中 ,新田 ,中谷 :高分子学会高分子の崩壊と安定化研究討
論会要旨集(1998)
10) Akira Tanaka,Eiichi Miyagawa,Hiromitsu Uno,Mitsunobu
Kitamura,and Koh-hei Nitta, Polymer Engineering andScience,Vol.40,No.9(2000)
11)宮川,新田,中谷:ﾏﾃﾘｱﾙﾗｲﾌ学会 第 11 回研究発表会(2000)
12)宮川栄一:平成 10 〜 13 年度東北部工業技術ｾﾝﾀｰ研究報告書
13)B.Wunderlich and M.Dole,J.Polymer Sci.,24,201( 1957)
14)Akira Tanaka,Tokuo Nakai,Eiichi Miyagawa,Koh-hei Nitta,and
Hisayuki Nakatani,RPPP,Vol.42( 1999)
15) Eiichi Miyagawa,Akira Tanaka,Koh-hei Nitta, Polymer
Preprints,Japan Vol.51,No.9(2002)16)詫摩啓輔,わかりやすい機能性色素材料,工業調査会
17)山岡亜夫,森田浩,高分子新素材 One Point-8 感光性樹脂
18)池田真吾，村田滋,多環状芳香族炭化水素を増感剤とする N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ誘導体の光分解機構,第 51 回有機反応化学討論会,L60
19)池田真吾，村田滋,ﾋﾟﾚﾝを増感剤とする N-ﾌｪﾆﾙｸﾞﾘｼﾝ類の増感
光分解反応と光重合開始剤への応用,2001 光化学討論会,3P56
20)S.Ikeda,S.Murata,K.Ishii and H. Hamaguchi, Chem. Soc.,73,No.12(2000)P.2783
21)W. Schnabel,Polymer Ddegradation, Hanser( 1981)
22)大澤善次郎,高分子の劣化と安定化，武蔵野ｸﾘｴｲﾄ
23)大澤善次郎,高分子の光安定化技術,ｼｰｴﾑｼｰ
24)大澤善次郎,高分子材料の長寿命化と環境対策,ｼｰｴﾑｼｰ
25)西原一,高分子の長寿命化技術,ｼｰｴﾑｼｰ-9-環境感応性高分子材料の開発研究
繊維・有機環境材料担当

土田裕也

選択的吸着能を持ち、吸着物の溶出、再利用が可能である安価な吸着剤の調査研究を行った。
天然廃棄物であるビールの仕込み粕を化学修飾することにより、吸着剤の基材として利用できる可能性があることがわかった。また、精密重合法により合成した高分子を吸着剤に利用できる可能性があることがわかった。
ビールの仕込み粕は、原料である「もろみ」の１．緒言
工場等から出る廃水中の無機・有機物質は種々

しぼり粕である。これは「穀皮画分 」「保水性画の方法、工程により処理されているが、この処理

分 」「高タンパク質画分」に分画でき 2)、それぞ物が新たな産業廃棄物となる問題がある。そこで、れ、パルプ代用品、培地、家畜飼料等に利用され無機・有機物質を選択的に吸着し、吸着物を容易ている。他にもバイオマスや炭化物の利用などがに放出、再利用可能でき且つ、安価な吸着剤が求試みられている。吸着剤に応用した例もある 3)が、められている。本研究ではこのような吸着剤を得

吸着対象物が高濃度であると、十分な吸着能は得る方法を調査した。

られていない。また、吸着物の回収も容易ではな
い。化学修飾により、吸着能の向上は期待できる。

２．考えられる吸着剤モデル
２−２．新規高分子吸着剤

２−１．ビール仕込み粕
ビール仕込み粕は大量に産出する天然廃棄物で合成高分子系の吸着剤にはイオン交換樹脂、キあり 1)、非常に安価に入手することができる。まレートなどがあるが、選択的吸着、放出に長けてた、繊維質やタンパク質から成っているため、化いるものがない。また、低コスト化、高吸着容量

学修飾が行いやすく、吸着剤を合成する基材とし化が求められている。

ての可能性が考えられる。また、現在はパルプ代

有機物質のうち無機系の物質では、水銀のよう用品や家畜飼料に用いてはいるが、より高い付加に他の物質と特性が著しく異なる場合はキレート価値のある利用方法を模索されている。

法などで選択捕集可能である。これに対し、カドミウムなどでは、イオン交換樹脂等の選択性の低い捕集剤で捕集した後に改めて他の処理が必要である多段階プロセスが選択的吸着には必要であり、実用化には問題が多い。また、有機系物質の捕集においても、有機物質の多くは環境ホルモンのように分子中に複数の官能基を併せ持つのに対し、その捕集に単純な構造の物質を用いたのでは、
選択的捕集は困難である。このような問題を解決する１つの方法として、高分子材料を分子設計（たビールの仕込み粕（乾燥物）

とえば、官能基の数や位置などを自由に選ぶ）し、容易に目的物質を捕集できる選択的捕集材料を得る方法がある。この方法には、重金属キレート樹- 10 -

脂、水銀専用吸着キレート樹脂に比べコストが小
さく、経済的に優位性がある。

５．今後の課題

大阪大学大学院理学研究科の青島教授らは分子

大阪大学大学院理学研究科の青島教授の研究成設計により 、「自己組織化」する高分子の合成に果を元に高分子の設計・合成を行い、吸着能（吸成功している 4)。この方法を応用し、選択的捕集

着容量、選択吸着性、放出性、再利用性等）を評（吸着）材料を得ることができると考えている。

価する。

このようにして得られた選択的捕集材料を例えば図１に示すような系で用いることが考えられ

参考文献・図書1) http://cali.lin.go.jp/cali/manage/139/s-semina/

る。

139ss2.htm
2) 特公平 4-31666
3) 特許公開 2001-25763
4) S. Aoshima, K. Hashimoto, J. Polym. Sci. Part

吸着剤

廃水

物資捕集高分子

廃水

処理水

通水量増加

処理水

A: Polym. Chem. 2001, 39, 746.
重金属イオンまたは
有機物質

再利用

分離

再利用

図１．有益物質捕集高分子を用いたリサイクルシステム

３．吸着対象物質
吸着・回収に有効な物質として、既存の吸着剤では困難なもの、希少な物質であり、回収、再利用が望まれるもの、環境ホルモンなど超低濃度の汚染物質などが考えられる。
本研究では、希少金属の選択的吸着・回収を行う予定である。
４．まとめ
大量に発生する天然廃棄物を利用できるという観点から、ビール仕込み粕は非常に興味深いものである。化学修飾により、吸着剤としての利用できる可能性がある。また、精密重合法により合成される高分子を吸着剤に利用できる可能性がある
ことがわかった。
- 11 -

廃棄タンパクを活用した複合材料の開発（２）（ＰＶＡ／セリシンブレンドプラスチックの開発研究）高島支所（兼）繊維・有機環境材料担当

三宅肇

前報(１)において、高強力高弾性で生分解性を持つポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とセリシンのブレンドプラスチックの作成と、その構造と物性について報告した。
本報では、継続して行ってきた土中分解性について報告をする。
１．緒言

３

結果と考察

シルクタンパクの一種であるセリシンとポリビ

１年２ヶ月間（平成 14 年 2 月〜平成 15 年 3 月）

ニルアルコール（ＰＶＡ）のブレンドプラスチッ

土中に埋没後の分解の様子を写真２に示す。セリクについて、両者のインタラクションにより機械

シンのブレンドにより分解が促進していることが物性が向上することは、前報において報告した。

わかる。これは、王ら( ) が行ったＰＶＡ／セリシ

土中分解性については、ＰＶＡが水分により溶

ンゲル紡糸繊維の生分解性試験結果と一致してい解影響を受けることや、分解に長時間を要するこる。すなわち、相分離している生分解性の大きなとから、フィールド試験を継続して行ってきた。

セリシンが分解されることにより、ＰＶＡ分解菌

本研究は、安価な高分子と廃棄資源（セリシン）

が試料内部に入り込みやすく、分解速度が大きくをブレンドしたプラスチックの生分解性についてなると考察される。

2

考察することを目的とした。
２．実験
２．１

試料

試料は前報において作成したダンベル型プラス
チックを用いた。
２．２

土中分解性

高島郡の糊付け工場敷地内で採取した土中に試料を埋めたプランターをセンター内の屋根下に設置し、定期的に散水を行った。

写真２．セリシンブレンドによる生分解性（埋没期間

実験の様子を写真１に示す。

：１年２ヶ月）: (上)セリシン含率 0wt%, (下) セリシン
含率 10wt%.

参考文献(1)三宅肇, 平成１３年度東北部工業技術センター研究報
告書, 滋賀県東北部工業技術センター, 13-19(2)Wang, S.(1999) The application of the silk protein
sericin to the new materials, Ph. D. Thesis,
Shinshu University, Nagano, Japan.
写真１．生分解性実験風景- 12 -

廃棄タンパクを活用した複合材料の開発（２）（精練廃液からのセリシンの回収について）
繊維有機環境材料担当

脇坂

博之

絹織物製造工程時に廃棄されている廃液中からセリシンタンパク質の分離回収を行った。限外濾過による回収を試みたところ、廃液中の９０％のセリシンが回収できた。
また、回収したセリシンの分子量・機能特性の評価を行った。その結果、セリシ
ンは精練時の加水分解により低分子量化しており、また抗酸化性、チロシナーゼ活性阻害性など多くの機能を有することがわかった。
酸基を有するアミノ酸が多く含まれ、保湿性、生１．緒言
絹織物に用いられる蚕由来の生糸は、フィブロ

体適合性に優れている事が報告され、近年では抗インとセリシンと呼ばれる２種類のタンパク質か

酸化性や美白効果などのがあることも報告されてら構成されている。

いる。

生糸の断面図から、２本のフィブロインをセリ
表１．セリシンのアミノ酸構成表

シンが被覆する形をなしていることがわかる。

（単位：重量％）セリシン

フィブロイン

図１．生糸の断面図

１９．３

Met

０．１

Thr

６．８

Ile

０．４

Ser

３１．１

Leu

０．８

Glu

８．０

Tyr

３．５

Pro

０．４

Phe

０．５

Gly

１１．０

Lys

４．０

Ala

３．４

His

１．３

Cys

０．９

Arg

４．２

Val

２．５

こうした多くの機能性を有するセリシンは優れ

通常絹織物を製造する場合、生糸の２０〜２５％を占めるセリシンは精練と呼ばれる行程で、ア

Asp

た有機材料としての利用が期待できる。
そこで、本研究では有機素材としてのセリシン

ルカリ湯浴中で、取り除かれ廃棄されている。
当県の長浜では、縮緬を主体とする絹織物製造の機能性に注目し、精練廃液中に含まれるセリシ業が古くから発達しており、その製造時にセリシンの回収を目的とし、平成１３年度より研究を行ンを含んだ廃液が出され、処分されている。精練ってきた。

廃液はセリシンを含み、窒素分が多く高 BOD でその結果、限外ろ過法を用いセリシンを効率よある。そのため、その廃液処理にかかるコストはく回収することができた。そこで今回得られたセ非常に大きな負担となっている。

リシンの分子量、また文献等で報告されている様

セリシンは、アミノ酸構成からセリンなどの水々な機能性について検討を行った。

- 13 -

２．実験

度計（UV-1600)を用いて測定波長 475nm で測定

２−１．セリシンの分子量測定

した後、溶液を 30 ℃、10min インキュベイト後回収したセリシンの分子量の測定は日立製作所に再び測定した。

製高速液体クロマトグラフ（ D-7000）を用いているイオン性物質や低分量物質などの不要分を除

下記の条件で行った。

去しつつ目的物質であるセリシンを分離濃縮できるものと思われる。

溶離液：50mM リン酸緩衝液＋ 0.3MNaCl（pH7.0）

流量：0.6ml/min

カラム：Asahipak GS-520HQ（昭和電工製）

３−１．セリシンの分子量について

カラム温度：35 ℃
検出器

３．結果
精練廃液から回収したセリシンの分子量を測定した結果を表２に示す。

：RI

表２．セリシンの分子量分布

検量線はオリエンタル酵母製 MW-Maker を用

数平均分子量（Mn）

10000 〜 15000

重量平均分子量（Mw）

30000 〜 50000

い、セリシンの平均分子量を算出した。
精練工程における処理時間の違いにより、いずれの分子量も幅を持つ結果が得られた。

２−２．セリシンの抗酸化性について
抗酸化性は、β−カロチン退色法により測定し以前我々の特許技術により回収した高分子量セた。本法はリノール酸の自動酸化に伴い生じるリ

リシンの分子量（ Mw： 300,000 以上）と比較しノール酸過酸化物が、β−カロチンの二重結合とてもかなり加水分解が進行し、低分子量化してい反応することによってβ−カロチンの色が消失することが伺える。

ることを利用し測定するものである。測定には島津製作所製紫外可視分光光度計（ UV-1600)を用

３−２．セリシンの抗酸化性についてい、 470nm の吸収波長により測定した。測定に0.8用いた試料は、水を添加したブランク、セリシン

0.7を添加したもの、そして標準抗酸化物質としてブ

0.6
吸光度

チルヒドロキシアニソール（ BHA）を添加した
試料およびビタミンＥを調整し、系時変化による

0.5
0.4
0.3

ブランク
BHＡ
セリシン
ビタミンE

0.2

吸光度を測定した。

0.1
0
0

２−３．チロシナーゼ活性阻害効果について

10

20

30
時間（分）

40

50

60

セリシンによるチロシナーゼ活性阻害効果につ
図３．セリシンの抗酸化性

いては、L-3-(3,4-Dihydroxyphenyl)alanine（DOPA）のチロシナーゼによる酸化抑制を測定することに抗酸化性の測定結果を図３に示す。抗酸化性は

よってその効果を検討した。
セ リ シ ン を 緩 衝 液 に 1.9ml に 溶 か し 、

活性酸素の働きの抑制効果を表す指標で、抗酸化0.5mMDOPA 溶液 0.1ml を加えたものを試験液と性を有する物質は、ガン、皮膚炎、老化などの低した。ブランクはセリシンを含まないもので調整減に効果を発揮するといわれている。今回の測定した。

結果から、セリシンは抗酸化能を有すると思われそれぞれの溶液を島津製作所製紫外可視分光光る。

- 14 -

参考文献・図書

３−３．チロシナーゼ活性阻害効果について
表３にセリシンのチロシナーゼ活性阻害効果について挙げる。

１）絹の科学皆川基２）続絹糸の構造

北條舒正

表３．セリシンのチロシナーゼ活性阻害効果
試料

抑制効果（％）

ブランク

０

セリシン

８０

人の皮膚や毛髪の色調はその組織内に含まれるメ
ラニン色素の割合で決定される。メラニンの合成
はチロシンを基質とするチロシナーゼにより開始される（図３）。
COOH
NH 2

HO

COOH

HO
NH 2

チロシナーゼ HO
DOPA

チロシン
COOH

O
NH 2

チロシナーゼ O

メラニン合成DOPAキノン

図３．メラニン合成経路
このため、このチロシナーゼの作用を阻害することができれば、メラニン生成が抑制できると考えられている。今回セリシンを添加した溶液におけるチロシナーゼ活性の阻害効果は、平均で８０％程度あり、チロシナーゼの作用を阻害することがわかった。
４．まとめ
精練廃液からのセリシンの回収を行うために、限外ろ過による濃縮回収法を試みた。回収したセ
リシンの様々な機能性について測定を行ったとこ
ろ、紫外線吸収特性、抗酸化性、チロシナーゼ活性阻害性など多くの機能を有することがわかった。
また、回収したセリシンは精練中に加水分解をうけ、低分子量化していることが分子量の測定からわかった。

- 15 -

著
著

自動遠隔制御技術の開発に関する研究～赤外線画像を用いたゴミ焼却ピットの自動火災検知･消火システムの開発～
機械電子・金属材料担当

櫻井淳（株）立売堀製作所
あらまし：本研究では、大型ゴミ焼却施設でのゴミの自然発火による火災発生事故を未然防止するため、県内の消火設備開発メーカーとの共同研究により、ゴミピットの自動火災検知・消火システムの開発を進めている。
今年度は、昨年度試作した火災検知・消火システムの製品化を行うため、カメラ
駆動部の小型・軽量化、火災検出精度の向上、システムの耐久性の向上などの改良・改善を行った。
ゴミの蓄積場所であるピットのサイズは、大１．はじめに
画像処理技術や情報通信技術を利用した遠隔規模なものでは、横幅 70m 奥行き 20m 天井まで制御技術は、産業・防災・福祉など様々な分野の高さ 60m にも及ぶものもあり、今後建設されに幅広く利用できる技術である。

る施設では、更に大規模になると考えられる。

例えば、産業分野では、騒音、悪臭、高温なピット中央側壁にはクレーン操作室があり、作どの非常に作業環境の悪い現場や、人が立ち入業員によりクレーンの遠隔操作や火災発生の有れない危険な場所などの遠隔監視を行うことが無の確認などが行われている。

可能である。また、遠隔工場の製造管理や検査

ゴミピットでは、ゴミの中に混入した火種や工程の自動化などにも利用できる。また、防災

ゴミの自然発火等により火災が発生する危険性

分野では、不法侵入者の監視などの防犯設備や、が非常に高く、その発見が遅れると、ピットあ

火災検知などの防災設備としても利用できる。

るいは施設の全焼という大惨事を引き起こす危本研究では、ゴミ焼却施設のピット（ゴミの険性がある。そのため、これらの施設には、火蓄積場所）内での火災事故の未然防止を行うた

災発生事故防止のため、防災設備を設置する必

め、県内の消火設備開発メーカーとの共同研究

要性が非常に高い。

により、ゴミピットの火災検知・消火システムの共同開発を行っている。１）

ゴミ搬送クレーン
監視カメラ（複数）

消火銃（複数）
クレーン操作室

ゴミ収集車

２．ゴミ焼却ピットの現状

ゴミ焼却口

可燃物ゴミは、図１に示すような流れで焼却

ゴミ燃焼炉
または破砕機処理が行われる。

ゴミ焼却ピット（最大：幅70m x 奥行き20m x 深さ60m）

収集車により集められてきたゴミは、所定の投入口からピット内に投入される。ピット内では、天井に設置された大型クレーンによりゴミの拡散作業が自動または手動で行われる。拡散
作業後のゴミは、クレーンにより順次ゴミ焼却口に投入され、隣接の焼却炉により焼却処理される。

- 16 -

図１

ゴミ焼却処理の流れ３．システムの改良

動作ストローク

回転数

25

システムの製品化を進めるため、下記のハードウェアおよびソフトウェアの改良を行った。

20

カメラ駆動部の小型・軽量化

図２に示すように、カメラと距離計を搭載するカメラ駆動部は、水平および垂直方向に駆動が可能な２軸駆動テーブルをパルスモータとギ

モータ回転数

３．１

15

10

アを組み合わせて駆動させていたが、駆動部の小型・軽量化を図るため、垂直駆動用のモータ

5をカメラ上部の固定部内に設置し、そのモータに直結した垂直軸を上下移動させることにより、
カメラヘッドを垂直方向に駆動できるように改

77.1

71.6

66.1

60.6

55.1

49.6

44.1

38.6

33.1

27.6

22.1

16.6

5.6

良した。

11.1

0.1

0

カメラ回転角度

その結果、カメラ駆動部のサイズおよび重量

図３ モータ回転数とカメラ回転角度との関係を従来の約 1/2 に小型化することができた。
１）カメラ駆動部の小型・軽量化
改良前

３．２

改良後

中央監視盤との通信

ゴミ焼却プラント全体の監視・制御が行われる中央監視室との通信を行うため、本システムにパラレルインターフェイスの増設を行った。
そして、消火作業が完了した時には中央監視

水平駆動用モータ
水平駆動用モータ

垂直駆動用モータ

室側から本システムに指令を送ることにより、
垂直駆動用モータ

消火銃設備の停止・復帰動作や火災検知部のプ
ログラムの復帰動作を行えるようにした。
３．３

図２

システムの OS の更新

システムの安定性と連続運転を実現するため、カメラ駆動部の小型・軽量化

火災検知部に使用しているコンピュータの OS改良した垂直方向の駆動機構におけるカメラ

を Windows Me か ら Windows 2000( NT)に更新

回転角度とモータの回転数の関係を図３に示す。

した。同時に、更新した OS 上で、キャプチャ

改良後の駆動機構では、モータの回転数とカメ

ボード用ドライバの更新およびプログラムの移

ラ回転角度とは完全な比例関係にはならない。

植作業等を行った。

しかし、本システムで使用するカメラヘッドの駆動範囲（約 10 ～ 60 度）においては、モータ

４．温度特性の測定の回転数とカメラ回転角度ほぼ比例関係であると仮定し垂直軸の駆動制御を行っている。

物体の温度－計測距離－赤外線レベルの関係調査を調べるため、各種カメラ感度および測定距離における物体の温度と赤外線レベルとの測定実験を行った。
赤外線カメラの感度を Low（高温測定用モー- 17 -ド）に設定し測定実験を行った結果を図４に示

また、今回の測定距離範囲においては、対象物す。

の温度を極小的に測定することにより、温度と赤外線レベルの関係は測定距離に依存しないこ

Low比較とがわかった。

200

High比較(フィルタ２枚）

160
140

200

120

180

100

160

ＲＧＢレベルＲＧＢレベル

180

80
60
45

60

75

90

図４

105 120 135
熱伝対温度

150

165

180

195

140
120
100
80
60

温度測定実験（１）45

実験結果より、測定物の温度と赤外線レベル

55

65

75

85
95
熱伝対温度

105

115

125

図６ 温度測定実験（３）(赤外線画像のデータ値)との間には、ほぼ比例関係があることが分かる。しかし、測定温度範

この温度特性結果を用いて、火災検知部内で囲が 180 度あたりまでと広く、今回の温度監視

赤外線レベルと温度との変換処理を行うことに（100 度以下）には適さないことがわかる。

より、対象物の温度監視とその温度判定による火災検出が行えるようになった。

次に、カメラの感度を High（低温測定用モード）に設定し測定を行った結果を図５に示す。

５．画像信号および制御信号の光伝送
一般的なゴミピットでは、火災検知処理部はHigh比較

ゴミピットの中央部に設けられたクレーン操作

200
180

室に設置されるため、ピット内に設置される監ＲＧＢレベル

160

視カメラや消火銃設備とシステムの本体と通信

140
120

距離は 100 ～ 200 ｍとなる。そこで、カメラの100

映像信号とカメラ駆動部および距離計の制御信80号を光変換し、光ケーブルにより長距離の通信

60
45

55

65

75

85

95

105

が行えるように改良した。

115

熱伝対温度

図５

温度測定実験（２）６．火災判定処理の改良
この場合、逆に測定物の温度が約 75 度以上に火災判定処理では、検出した高温部の中心位なると赤外線のレベルが飽和してしまう結果に置とその高温部の周辺４箇所の近傍位置との温なった。

度情報を用いて総合的に判断を行っている。今回更に、図７に示すように、高温物までの距離

そこで、カメラの感度を今回のシステムの温を考慮した近傍位置の設定機能と、高温物の面度監視に最適な範囲に調整するため、カメラレ

積情報を用いた火災判定処理機能を追加し、火ンズ部に赤外線フィルタを取り付けた。その結災判定精度の向上を行った。

果、図６に示すように約 45 ～ 105 度の温度領域
で、ほぼ線形な温度特性を得ることができた。

- 18 -

高温エリア

各近傍のポイント判定

各近傍のエリア判定

高温の近傍エリア

カメラ

図７

火災判定処理図９ カメラ・消火銃

７．その他の改良
ユーザインターフェイスを良くするため、モニタリング画面の変更、ピット内の初期監視位
置の設定機能の変更、カメラのマニュアル移動機能の追加などを行った。

図１０ 火災発生位置

９．まとめ
「成果」
・昨年度試作した火災検知・消火システムの各
種改良と改善を行うことにより、カメラ駆動部の小型・軽量化、火災検出精度の向上、システ

８．国際防災展 展示

ムの耐久性の向上などを行うことができた。

本システムの製品化ＰＲのため、ＩＦＣＡＡ'
０２京都国際防災展（2003.7.23 ～ 24）に出展した。

「今後の課題」

今回の展示では、図８に示すように３ブース分の展示スペース（5.4m × 1.8m）を使い、図１０のゴミピット内の火災発生位置（ゴミの写真を貼った傾斜台上の複数箇所に設置した高温物）
を画像処理により自動検出し、図９の放水銃により消火するという一連の消火作業のデモンス

製品化に向けたシステムの改良・改善○ 放水曲線の演算処理のシステムへの取り込み○ 光通信の実験○ カメラ座標のキャリブレーションの方法○ 非監視対象物をキャンセルする方法○ 実際のゴミピットでのシステムの性能試験・

トレーションを行った。

耐久試験

高温物としては、安全に繰り返し操作が行えるように白熱球を使用し、白熱球の上部に取り付けた赤い布を下から送風することで炎の現実感が出るように工夫をした。

参考文献
１）櫻井：「自動遠隔制御技術の開発に関する研究」、滋賀県東北部工業技術センター研究報告(H9～ H13)

図８ 展示風景- 19 -

機械部品材料の水環境への溶出の把握と溶出・腐食抑制技術に関する研究（銅合金鋳物の溶出特性と鉛レス銅合金の開発）－２
繊維・有機環境材料担当

西内廣志

機械電子・金属材料担当

那須喜一

バルブ等の給水器具材料に銅合金鋳物が広く用いられている。銅合金鋳物の多くは鋳造性、快削性、材質の安定化を図るため、鉛を添加した地金で生産（溶解・鋳造）されている。
鉛を含有することにより機械的特性は向上するが、水質等の環境面では配慮を要する。平成１２年に規定された「水道施設の技術的基準を定める省令」（厚生省
令第１５号）では１５年４月より水道施設に関する資機材等から溶出する物質の溶出基準が新しくなる。
そこで、これらの溶出新基準に対処するため滋賀バルブ協同組合及び関西大学と共同で鉛レス銅合金鋳物の開発、並びに銅合金鋳物からの溶出特性の検討を行った。

１．はじめに

２．鉛レス青銅合金鋳物の開発

給水部品材料には青銅鋳物が広く用いられているが、その大半は鉛含有青銅鋳物である。

鉛含有青銅合金鋳物（ＣＡＣ４０６）は耐圧性が良好なため、バルブ、継ぎ手等に広く用い鉛を添加する利点として、鋳造性を良好にし、られてきた。

鋳造欠陥を低減させる効果がある。また、析出

しかしながら、鉛は水に溶出することから、鉛により快削性、摺動性等の機械的特性を向上

鉛の人体に及ぼす影響が懸念され、鉛溶出に対させる役目がある。

する水質基準が厳しくなってきた。

しかしながら、現在、地球環境の改善から環

今後、溶出基準に対する規制が更に厳しくな

境中に排出される鉛に対する規制が強化されるることから、鉛レス青銅合金鋳物の開発が急務傾向にあり、鉛を含有している合金を排除するとなっている。

動きがある。（電子部品等のはんだ中の鉛レス化等）

本研究では、平成１２年度関西大学小林研究室で研究された「溶出鉛量の少ない青銅鋳物のバルブ等の給水器具材料に於いても「水道施開発」の成果を基に鉛の代替として合金元素に設の技術的基準を定める省令」（厚生省令１５

よって生成される化合物を鉛含有銅合金の特性号）で平成１５年から鉛の溶出基準が 0.005ppmと同様の効果（機械的特性、鋳造性等）が得ら→ 0,001ppm になり厳しい対応にせまられておれることを目的として取り組むこととした。

り、鉛レス銅合金の開発が急務となっている。
そこで、これらに対処するため、リサイクル

２．１

可能な鉛レス銅合金鋳物の開発並びに溶出特性の検討を行った。

実験方法

高周波誘導電気炉を使用して表１の化学組成になるように配合して溶解実験を行った。（全
溶解量 250 ｋｇ）
溶解温度は１４６３Ｋ（1190 ℃）、鋳造温度-20-

は１４３３Ｋ(1160 ℃)の条件でＪＩＳ４号試験ている。

片及びΦ３５×８０ＬのＴＰ（テストピース）
を 金 型 鋳 型 （ No2,No4,No6) お よ び 砂 型 鋳 型（No1,No3,No5）で作成した。
鋳造後の試験片を切断、加工して金属組織観察、マクロ組織観察、硬さ試験、及び引張試験
を行った。
表１
試料 Cu

鉛レス銅合金の化学成分
Sn

Zn Mn Ni

Si

Fe

No1 84.0 1.3 8.2 Ｘ

ＹＺ

No2, 86.7 1.3 5.2 W

X

Y

Z

V

W

X

X

Y

Z

Zr

S
Ｎｏ１：Ｃｕ－ Mn 系（砂型）

No3
No4, 86.3 1.5 4.0

Y

Z

No5
No6 87.5 1.7 5.0 W
２．２

実験結果

（１）金属組織観察Ｎｏ２：Cu － M ｎ－ Fe 系（金型）

Ｎｏ１～Ｎｏ６を砂型および金型で鋳造した試験片の組織観察を行った。
観察試料の試料調整：エミリー紙で＃６００まで湿式研磨後、3 μダイヤモンドペースト、
0.005 μ m アルミナでバフ研磨し鏡面仕上げを行った。その後、15 ％過硫酸アンモニウムで金型鋳造試料は５分間、砂型鋳造試料は３分間それぞれエッチングした。
組織観察結果を写真１に示す。
Ｃｕ－ Mn 系の N ｏ１は初晶Ｃｕ（α）相Ｎｏ３：Ｃｕ－Ｍｎ－ Fe 系（砂型）のデンドライト間隙に（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ）の複合化合物が分散している。
このことにより鋳造特性及び機械的特性が寄与するものと考えられる。
Ｃｕ－Ｍｎ－Ｆｅ系の No ２、No ３は基地組
織 Cu（α）相内に F ｅ３Ｓｉの化合物が析出している。砂型鋳造は金型鋳造と比べ凝固速度が緩やかなため、析出化合物は粗大化している。
Ｃｕ－Ｆｅ－Ｓ系のＮｏ５の砂型鋳造組織は切削性を考慮しＳを添加ものでＣｕ（α）相、Ｆｅ ３ Ｓｉ及び間隙にＣｕ ２ Ｓ化合物が分散し-21-

Ｎｏ４：Ｃｕ－ Fe － S 系（金型）

80
70
60
50
40
30
20
10
0
No1
(Mn)

No2
(Fe)

Ｎｏ５：C ｕ－ Fe － S 系（砂型）

No3
（FeS)
砂型 ←

No2
(Fe)
→ 金型

No3
（FeS)

No4
（MnFe)

図１．鉛レス合金のロックウェル硬さ
砂型鋳造した引張試験片をＪＩＳＺ 2201 の４号試験片に機械加工し強度試験を行った。
測定結果を図２、図３（２試料の平均値）に
示す。
400

300

Ｎｏ６：Ｃｕ－ Mn － Fe 系（金型）
写真１

鉛レス青銅合金鋳物の組織写真

200------------- CAC406 JIS規格値下限 -----------

×１５０
100

（２）機械的性質
砂型、金型で鋳造した試料の切断面の硬さを0測定した。試験片をエミリー紙＃６００まで研

No1（Mn）

No3（Fe）

No5（FeS)

図２．鉛レス青銅合金鋳物の引張強さ

磨後、ロックウェルＢスケールで測定を行った。

図２に示すとおりＮｏ１、Ｎｏ３、Ｎｏ５とも試料当たり８点測定しその平均値を硬さとしにＣＡＣ４０６のＪＩＳの規格値（引張強度 196
Ｎ/mm2 以上）を上回る強度が得られており、問た。測定結果を図１に示す。
砂型について見るとＮｏ２は Fe の添加によ題はない。

り高い値を示していると考えられる。また、Mn
添加の砂型 No1、金型 No4 については低い値を示している。

30
25
20
15

-------------CAC406 JIS規格値 下限--------10
50No1（Mn）

No3（Fe）

No5（FeS)

図３．鉛レス青銅合金鋳物の伸び-22-

図３に示す通り、伸びについてはＣＡＣ４０

表３．各元素の規制値
Ｃｕ Ｓｎ Ｚｎ Ｎｉ

６のＪＩＳの規格値（伸び 15 ％以上）の特性が

－

－

Ｍｎ

Ｆｅ Ｚｒ

0.005 0.03 －得られているのは、Ｎｏ１のみであり、Ｆｅ系

mg/lの試料は伸びが少ないが、Ｂｉ－Ｓｅ青銅の表４．各元素の溶出量（コンディショニングなし）

ASTMC89520 の規格値(引張強度 176 Ｎ/mm ２、

0.1

mg/l Cu

0.1

Sn

Zn

Ｎｏ１ 0.05<0.1

0.09 0.85

0.945 <0.01-

Ｎｏ２ 0.06<0.1

0.38 0.10<0.0010.05-

３．鉛レス青銅鋳物の溶出特性

Ｎｏ３ 0.04<0.1

0.35 0.09

0.005 <0.01-

３．１

Ｎｏ４ 0.04<0.1

0.31 0.12

0.001

0.05 <0.1

試験片：鉛レス青銅鋳物の砂型は引張試験片、Ｎｏ５ 0.07<0.1

0.39 0.11

0.002

0.03 <0.1

金型は円柱状鋳造物をそれぞれ￠２０に切削加Ｎｏ６ <0.01<0.1

0.31 0.12

0.130

0.02

工し、厚み８ mm に切断し試験片を作成した。

※太文字は基準値以下の値

これをＮｏ１～Ｎｏ６まで、３個づつを一組に溶出試験した結果を各元素について示したもした。溶出試験液については厚生省告示第４５のが表４（コンディショニングなし）である。

号

太文字で示しているのが基準値を下回る値を示

伸び６％以上）には満たしている。

試験片および溶出条件

資機材等の材質に関する試験（平成１２年

Ni

Mn

Fe

Zr

-

Z １０８（日本水道協会したものであり、No1 から No6 までの、どれも水道用資機材－溶出試験方法）に準拠し表２すべての元素で基準値をクリアしているものは２月２３日）、JWWAない（Sn、Ni については基準がない）。実際のに示す条件で試験液を調整した。
コンディショニング：浸出液に１４日浸積し、製品では、表面状態の違いにより接触面積が異その間に１回の浸積が２４時間以上になるようなる場合があるため、今回の結果をそのまま基に９回液交換を行った。

準値を満たすかどうかという判定には結びつけ

溶出試験条件：試料の接触面積比が 350cm

られないが、ここでは、今回採用した接触面積２/l になるように約９７ｍｌの浸出液の入ったビ比での結果について、考察する事とする。No2

ーカーに１６時間浸漬し、溶出後のＣｕ、Ｓｎ、と No3、No4 と No5 の様に金型と砂型での違い

Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅの濃度をＩＣＰ分析装

はあまり見られない。全体として Zn の溶出が置またはフレームレス原子吸光分析装置にて測問題であると考えられる。
コンディショニングの有無では、Mn の値が定した。
表２．浸出試験液条件
項目

規格値

最小桁に測定誤差を含む事を考えると、Mn も含め Zn、Ni、Fe など微量成分については、コｐＨ

７．１（±０．１）

ンディショニングする事により溶け出してしま

水質硬度

４５（±５）ｍｇ／Ｌ

い、表面には残っていないのではないかと考え

アルカリ

アルカリ度３５（±５）

られる。逆に Cu については、コンディショニ

残留塩素

残留塩素１．０～１．２

ングする事により、微量成分が溶け出すとともに表面が洗われ、溶け出し易くなっているので

３．２

溶出試験結果はないかと考えられる。
今回の結果では、コンディショニングの有無（１）溶出量について
各元素の規制値を表３に示す。

のどちらを選んでも、元素の違いはあるが溶出する事が分かった。

-23-

（２）コンディショニングの影響について

参考文献

表５．各元素の溶出量（コンディショニング有り）(1)小林、丸山

平成 12 年度関西大学工業技術

Mn

Fe

研究所受託研究（溶出鉛量の少ない青銅合金鋳

0.0 7 0.26

0.210

<0.01

物の開発）

<0.1

0.0 6 0.02

<0.001<0.01(2)厚生省令第１５号

Ｎｏ３ 0.12<0.1

0.0 4 0.01

0.006

<0.01

定める省令

Ｎｏ４ 0.13<0.1

0.0 3 0.01

0.003

<0.01

(3)厚生省告示第４５号

Ｎｏ５ 0.09<0.1

0.0 2 <0.01<0.001<0.01

る試験

Ｎｏ６ 0.21<0.1

0.0 7 0.03

0.050

<0.01

(4)日本水道協会

mg/l Cu

Sn

Zn

Ｎｏ１ 0.15<0.1

Ｎｏ２ 0.13

Ni

水道施設の技術的基準を

平成１２年２月２３日
資機材等の材質に関す

平成１２年２月２３日
水道用資機材－浸出試験方法
ＪＷＷＡ※太文字は基準値以下の値

Ｚ 108：2000

表４と表５を比べると、コンディションなし(5)素形材センター研究調査報告の方が溶出量が多めになっており、コンディシ

鉛レス銅合金鋳物の開発報告書

ョニングする事により、規制をクリアする可能(6)滋賀バルブ協同組合

性はある。

れた鋳物用無鉛銅合金

４.まとめ以上の結果を要約すると次のとおりである。
・Ｃｕ－Ｍｎ系青銅合金鋳物の機械的特性はＣ
ＡＣ４０６の規格値を上回る強度、伸びが得られたが、溶出試験に於いて、Ｍｎが規制値以下の溶出をクリアすることが出来なかった。

・コンディショニング処理することによりＣｕ
以外の元素の溶出量は少なくなる傾向であるが、表面が活性化されるため、Ｃｕの溶出量がコン
ディショニング無しよりも増加する傾向にある。

・Ｃｕ－Ｆｅ－Ｓ系青銅合金鋳物はコンディシ
ョニング処理後、規制値以下の溶出特性が得られたが、機械的特性はＣＡＣ４０６より劣った。

謝辞
本研究を遂行するにあたり、御指導頂いた関西大学工学部小林武教授、丸山徹助手、鋳造実
験に協力頂いた（株）マツバヤシ

松林良蔵社

長並びに企画段階から御協力頂いた滋賀バルブ
協同組合

寺村正和専務理事に深甚なる謝意を

表します。

-24-

特許出願

平成 13 年度
被削性に優

精密機械部品の加工技術向上に関する研究
滋賀県東北部工業技術センター ○大西宏明
滋賀県立大工 中川平三郎，廣垣俊樹，松芳隆之

本研究では高硬度材の直彫り加工において軸方
向切り込み量の設定により工具の強制振動が発生する条件と発生しない条件が存在することに着目し、工具振動の発生メカニズムの解明、および振動が工具寿命に与える影響に浮いて調べた。

緒言
現在、工業製品の大量生産には様々な金型が用いられている。金型はあらゆる分野の工業製品の製造に欠くことのできない存在であり，金型の生産技術は良質な工業製品の要となっている。
金型製作では荒加工・焼き入れ・焼戻し・型彫
り放電加工・磨き加工と複数の加工工程を経るため、加工に時間を要する。特に型彫り放電加工には多大な時間を要し、これが金型の生産性を妨げる要因となっている。
また，金型、及び型彫り放電用の電極加工において切削油は工具寿命の延長や加工面品質の向上などのため不可欠であるが、切削油には自然に有害な成分が含まれており、環境保全の面から出来る限り切削油を使用しない加工方法が望まれている。
金型の生産性向上と環境負荷低減の実現する加工方法として、切削油を用いない焼入れ鋼の直彫
りドライ加工がある。焼入れした金型鋼を切削油不使用で切削することで、加工時間を要する型彫り放電加工、及び電極加工が不要となり、生産速度の向上が可能となる。また環境負荷となる切削油の使用量もゼロとなるため、環境に与える不可も小さくなる。近年では切削工具のコーティング
技術も向上し、ドライ加工においても切削油を用いた加工と同程度の加工が行えるようになってきた。
しかし、近年は工業製品の製品開発スパンが短
くなり、それに伴い金型生産のより一層のリード
タイム短縮が求められている。リードタイム短縮のためには高速加工を行う必要があるが、焼入れ鋼の直彫り加工では微小切り込みでも工具に大きな負荷が生じる。工具に過大な負荷が掛かるとす
ぐにチッピング等の損傷を起こしてしまうため、生産性を上げるには高速切削においても工具が損傷しにくい、工具寿命の長い加工条件で切削を行う必要がある。
エンドミル加工は断続切削であり，接触している切れ刃長さによって切削抵抗は変動する．しかし，軸方向切り込みをある値に設定すれば切削抵抗の一定化が図れ、形状精度も向上する 1)．切削負荷の変動がなければ切削は安定し、工具寿命も向上すると考えられる。

1

2

実験方法、及び実験装置

2.1 実験装置
グライディングセンタ：
安田工業製 YBM－850V
ストローク 800×500×450mm
分解能 0.1μm
最大スピンドル回転数 10000rpm
工具動力計：KISTLER 製 Type9257B
ファイバ式放射温度計：
チノー製 IR－FL4
測定温度範囲 350～900℃
集光部測定距離 100mm
スポット径：φ1mm
工具：
KOBELCO 製 VC-MDRB
超硬
6 枚刃
φ10
すくい角 14°
逃げ角 6°
コ－ティング(Al，Ti)N
被削材：
SKD61 HRC53
2.2 標準加工条件
表 2.1の条件を標準条件とし、加工はすべてダウンカットで行った。条件を示さない実験は全て標準条件を用いている。
表2.1標準加工条件

軸方向切り込み
切削速度
送り速度
径方向切り込み
突き出し量[mm][m/min][mm/tooth]
[mm]
[mm]

1~15
302
0.1
0.5
30

工具振動の解析
エンドミル加工は断続切削であり、切削中の工具負荷は絶えず変動している。切削抵抗の変動に325ともない、弾性体である工具も同様に変形する．
軸方向切り込み Ad の設定によって，工具の強制振動の振幅が大きくなる条件と小さくなる条件が存在する 2)．工具寿命が短くなる条件について、切削抵抗から工具刃先軌跡の運動を幾何学的に計算
し，工具への負荷の原因である最大切り屑厚さ hmと逃げ角  を求め，強制振動の寿命に及ぼす影響を考察した。本章で用いるパラメータを次に示す．
ax , a y：FxFy 方向の切削抵抗の振幅



E

n
sio
an
xp

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

T im e [ms ]図 3.1 工具回転に伴う切れ刃長さの変化

また、軸方向切り込み Ad を (定数+0.5)倍に設定したとき、強制振動の振幅は最大となる。実際の切削抵抗の変動の様子を図 3.2に示す。
900
Ad 10.5

3.1 接触長さによる切削抵抗の変動
エンドミル加工においては工具の回転に伴い切削に関与する切れ刃長さ (切れ刃が被削材と接触している長さ)の総量が変化し，それにより切削抵抗が変化する．切れ刃のねじれ角と軸方向切り込
み量の関係によるものである．
切削に伴い切れ刃長さの総量が変化し，切削抵
抗が変化するしくみを図 3.1に示す。

Fluctuation：工具の回転周期： t =0 のときの Z d における X 軸から刃先までの角度：工具中心から逃げ面までの角度(=84π/180)ut Z d Rotationofc：時間： Z d の刃が切削を開始する時間：Z d の刃が最大切り屑厚さをとる時間： t ， Z d における刃先の速度： t ， Z d におけるたわみ量：底刃からの位置： t ， Z d における逃げ角： Fx と F y の位相差

Endmillep
thtt s Z d 
t m Z d vt , Z d wt , Z d Zd t , Z d (式3.1)Ra
dia
ld：工具のヤング率：一刃あたりの送り量(=0.1mm/tooth)：工具送り速度(=5760mm/min)： Z d における最大切り屑厚さ：断面二次モーメント：ばね係数：はりの長さ： t ， Z d における工具中心の位置： t ， Z d における刃先の位置： t ， Z d における一つ前の刃先の位置

Ne

Axi al depth of cut

Effs
hm Z d IKlOt , Z d Pt , Z d 
Pf t , Z d  D：エンドミル直径：ねじれ角N：エンドミル刃数 e

D tan 

Cuttin g force Fxy：オフセット量：FxFy 方向の切削抵抗の平均値

Ad const Cutting force Fy[N]

c
dx,dy

強制振動を無くすことができる。

600
Ad 7.9300
Ad 5.2

0
0

2

4

6

8

10

Tim e [ms ]図 3.2 切削抵抗変動(Ad=5.2,7.9)

切削抵抗の時間関数として近似を行った。切れ
刃長さと切削抵抗の関係から，底刃からの工具刃
先位置 Z d =0 の刃先が切削を開始する時，切削抵抗が最も少なくなる．そこで，Fy 方向の切削抵抗

これより、軸方向切り込み Ad を(式 3.1)で表されるの Ad const の定数倍に設定することで、理論上の26

F y t  が最小値をとるとき，時間 t  0 と定め，近似

たわみ量は 0 であるが，実際の切削では Z d  l に

式は (式 3.2)となる。 は Fx・Fy 方向の切削抵抗
Fx t  と F y t  の位相差であり，工具底刃のにつけあたる工具ホルダーのチャック部でもたわみが生じ、更に力が働く方向に工具がオフセットしていると考えられる．その結果，実際にたわみ量が 0となる位置はホルダー内となり， 図 3.3のはりの長さ l は工具突き出し量 30[mm]より大きくなる．
よって工具先端に力を加え，そのときの工具のた
わみ量を測定し,未知数 l を求めた．実験装置を図4.1に示す。テーブルを Y 方向に移動することで丸棒先端に力を加えた．また丸棒先端に力を加えた
ときのたわみ量は図 4.3 の力学的モデルより以下の近似式によって求めることができる．
0 ≦ l  Z d   l ：られた R 部の影響のためと考えられる．また，Fz方向の切削抵抗 Fz t  は絶対値が小さく，径方向の切り込みに対する影響が少ないため，考慮しない．
Fx t   d x  a x cos(6t   )F y t   d y  a y cos(6t )(式3.2)

3.2 切削抵抗による工具たわみ
切削中の工具は切削抵抗によって弾性変形によりたわんでいる。切削抵抗が変動すると工具のたわみも変動し，径方向切り込み量と逃げ角が変化する．そこで，切削抵抗によるたわみの近似式を求めるため，負荷を与えたエンドミルの底刃からの位置 Z d におけるたわみを調べた．
Fy 方向の切削抵抗 F y による工具たわみの力学

w(t , Z d ) Fy t   l 3  l  Z d 2 l  Z d 3 3c
6 EI 
l2
l3




Fy t  3l l  Z d 2  l  Z d 3
6 EI

l  Z d   l ：的モデルを図 3.3に示す．

w(t , Z d ) Fy t   l 3
3EI

 c

c

(式 3.4)実験では Z d の 2 箇所で工具のたわみを測定し，その結果と(4.4)式より l =37.76[mm]が得られた．さらに，底刃からの位置 Z d における剛性 K は次式のように求められる．

Z

0  l  Z d   l : K Z d  ll  Z d   lw(Z d )Fyw( Z d )  c: K Z d  



6 EI

3l l  Z d 2  l  Z d 3
Fyw( Z d )  c



3EI
l3

Zd

(式 3.5)c0YFy

図 3.3 工具たわみモデル

図 3.3より工具たわみを (4.2)式で近似した切削
抵抗 F y によるたわみ量は以下の式で求められる 3)．

Electric micrometer
EndmillZ

FyX

0  l  Z d   l : w l  Z d   l: w

Fy l 3
6 EI
Fy l

(3

l  Z d 2 l  Z d 3
l2



l3

Fx

Y

)

Fz
Plastics

3

Dynam ometer3.3 工具刃先軌跡
振動する工具の刃先軌跡を工具中心の位置と送り，回転から求める．負荷の掛かっていない状態
での工具中心位置を(x,y)=(0,0)とおき，底刃からの位置 Z d において，工具の送りを考慮した工具中心の 変 位 Ot , Z d   x o t , Z d , y o t , Z d  は (4.5) 式 から次のように表される．

3EI(式 3.3)(式 3.3)において，工具の断面 2 次モーメント I
は工具断面をφ 10mm の円で近似し，その値はI=490.8[mm4]となる．また超硬工具のヤング率は
E=5.39×102[Gpa]とした．
ここで，図 3.3の力学的モデルでは Z d  l での0  l  Z d   l :27

xo t , Z d  yo t , Z d  が切削開始する時間 t s Z d  における前加工面工具
刃先位置 Pf t s Z d , Z d  が存在するとき，最大切りFx t K Z d 3l l  Z   l  Z  d  a cos(6t   )  f t
2

3

d

d

x

x

Fy t 

屑厚さをとる．これは 1 刃当りの送り量 f から次式で表すことができる．

s

6 EI

K Z d Pf t s Z d , Z d   xt s , Z d   f ,3l l  Z   l  Z  d  a cos(6t )

2

3

d

d

y

(式 3.8)6 EI

l  Z d   l :xo t , Z d  Fx t l 3 d x  a x cos(6t   )
 f stK Z d 
3EIyo t , Z d  

l d y  a y cos(6t )Fx t 
K Z d 
3EI3y t s , Z d y

その時間を t m Z d  とすると，最大切り屑厚さは(式 3.9)となる．
hmZd   Pf ts Zd , Zd  PtmZd , Zd  xtmZd , Zd  xts Zd , Zd  0.12 ytmZd , Zd   yts Zd , Zd 2(式 3.9)(式 3.6)さらに工具回転を考慮すると，工具刃先軌跡
Pt , Z d   xt , Z d , y t , Z d  は次のように表される．

O(t,Z d)Y

Endmill0  l  Z d   l :3l l  Z   l  Z  d  a cos(6t   )2d

Pf(ts,Zd )

d

x

x

P(t,Z d)3l l  Z   l  Z  d  a cos(6t )
2

d

3

d

y

6 EI

l  Z   l :xt , Z d  





3EI

Workp iece

P (tf,Zd )y

図 3.4 エンドミル切削モデル(切り屑厚さ) r sint   Z d 

l 3 d x  a x cos(6t   )3EI
 f s t  r cost   Z d 

l 3 d y  a y cos(6t )P (ts,Zd )

hm

6 EI
 f s t  r cost   Z d y t , Z d  y t , Z d  

f

Z

3

 r sint   Z d 
(式 3.7)

3.4 幾何学的切り屑厚さの算出
工具寿命の判断の一つとしてチッピングがある．
チッピングは切れ刃の一部にある値以上の切削抵抗が掛かることによって生じる。切削抵抗は切り屑厚さの影響を大きく受けるため，工具の振動により変化すると考えられる最大切り屑厚さを幾何学的に求め，それによる寿命への影響を考察する．
工具刃先軌跡から図 4.2のようなエンドミルの切削モデルを考える．これにより，幾何学的最大
切り屑厚さ hm を求めた．

工具刃先位置 Pt , Z d   xt , Z d , y t , Z d  で切削を行っているとする。時間 t における工具中心
Ot , Z d  か ら 工 具 刃 先 Pt , Z d  ま で の 直 線

刃先位置 Z d による切り屑厚さの変化を図 4.6 に示す。工具の振動が存在しない状態を考えると，
最大切り屑厚さの最大値と最小値に相当する径方
向 切 り 込 み Rd は 0.45[mm]( Z d =2.0) と0.55[mm]( Z d =4.6)に相当する．切り屑厚さは切削抵抗と比例するので，切り屑厚さが多い底刃からの位置 Z d は少ない Z d と比較すると負荷が大きいと考えられ，工具寿命の短縮を招き，特にチッピ
ングの原因となると考えられる．
45
Geom etric c h ip thi ck ness hm [μm]xt , Z d  

X

44

43

42
0

2

4

6

8

10

Dis tance from end cutting edge Zd [mm ]図 3.5 刃先位置による切り屑厚さ

3.5 逃げ角の算出
工具寿命の判断の一つとして，逃げ面摩耗幅がある．逃げ面摩耗は，切削によって工具逃げ面にOt , Z d  P t , Z d  上に底刃からの位置 Z d での刃先28

る部分が存在すると考えられる．また，逃げ角が大きくなる部分ではすくい角が小さくなるので刃先に掛かる負荷が大きくなり 5)，チッピングが発生しやすくなると考えられる．
70  l  Z d   l :dy t , Z d  dy t , Z d dtvt , Z d  dxt , Z d dtdxt , Z d 
d

2

d

y

0

0.5

x

s

2l 3a y sin 6t  EIr cost   Z d 

2l 3a x sin 6t     f s  EIr sin t   Z d 

(式 3.10)

これにより，逃げ角  は次式となる．
2

t , Z   tan dydxt , Z 



1

2

2.5

軸方向切り込みが工具寿命に及ぼす影響

4.1 工具寿命試験方法
前章での解析結果を確認するため、工具寿命試験を行った。強制振動の有無が工具寿命に及ぼす影響を調べるため，軸方向切り込み Ad を 5.2，7.9，10.5，
13.1[mm]と設定する。工具寿命試験装置外観を図4.1に示す。実験は寿命切削用の被削材を 18ｍ削った
後に動力形状の被削材を削り、切削抵抗を測定する。
これを工具が寿命に達するまで繰り返した。工具寿
命は切削中の激しい火花の発生および切り屑の状態から判断した．

dy t , Z d dxt , Z d    t   Z f

1.5

図 3.7 切削中の逃げ角変化

d

4



1
Time [m s]dl  Z d   l : t , Z d  

Z d =7.8

4

3

d



5

3

d

vt , Z d  

6Z d =2 .63ll  Z   l  Z  a sin6t  EIr cost  Z 3ll  Z   l  Z   a sin6t     f  EIr sint  Z 2

Zd =5 .2

Z d =0.0

R elie f ang l eα[° ]生じる摩耗であり，工具と被削材の接触面積の増加を招き，一般に逃げ角を少なくとる，切削温度が高くなるなどの理由で悪化する．ここでは工具
刃先軌跡から，底刃からの位置 Z d における逃げ角の違いが寿命に与える影響を調べるために，逃げ角の変化量を求めた．逃げ角は図 3.6のモデルか
ら工具刃先の速度ベクトルと逃げ面の角度である
ので，時間 t における速度 vt , Z d  は次式で求まる．

dd(式 3.11)O(t,Z d)ωt+λ(Z d)Y

SpindleZ

End mill

X
X

Z
EndmillY

Workp
Workpiece

Dry airFx
FyφP(t,Z )
d

α

Fz

dy
Tan
dx
-1

Dyn amometerωt+λ(Z d )Workpiece

Machine table

図 3.6 エンドミル切削モデル（逃げ角）

回転に伴い工具と被削材の接する位置が変化す
る．時間に伴い変化する切削位置とその逃げ角を図 3.7 に 示 す ． 振 動 に よ る 逃 げ 角 の 変 化 量 は
5.0~7.6 ° で あ り ， 振 動 の 無 い 状 態 で 逃 げ 角
5.5~6.0°を比較すると差が生じている．一般に逃げ面は 5~8°が最適とされ 4)，僅かな逃げ角の変化によって切削抵抗や切削温度が異なり，工具寿命が大きく変化する．よって，振動が発生することにより逃げ角が小さくなり，逃げ面摩耗が加速す

Charge amp.

Memo ry re co rder

図4.1 実験装置外観
4.2 工具寿命実験結果
4.2.1 軸方向切込みによる影響
標準条件で寿命実験を行い，軸方向切り込みの29

工具寿命に対する影響を調べた．図 4.2に各軸方向
切削抵
切り込み Ad における工具寿命距離を示す．
抗の変動が少ない Ad =5.2，10.5[mm]では、切削抵抗の変動が大きい Ad =7.9，13.1[mm]の条件と比較して，約 2.5 倍程度に寿命が延びている．これより，軸方向切り込みの設定が工具寿命に及ぼす影響は非常に大きいと考えられ，その傾向は図 4.2のサインカーブのようになると考えられる。つまり、工具寿命を延ばしつつ、加工能率を向上させるには、軸方向切り込み Ad は Ad const の定数倍に設定すればよいことがわかる。

対する影響は少ないと考えられるが，チッピングの発生位置は切り屑厚さの大きい部分である．
500

Tool life [m ]

400

0
0.0

Tool life [m]

8

10

12

14

16

18

Axial depth of cut Ad[mm ]図4.2 軸方向切り込みに対する工具寿命

また、切削距離に従う単位軸方向切り込み Ad
あたりの切削抵抗を図 4.3に示す．切削の初期では，軸方向切り込みの設定関わらず、単位長さあたりの切れ刃に掛かる負荷は等しい．しかし，切削が進むに従い Ad =7.9，13.1[mm]では急激に切削抵抗が上昇する。これにより、工具振動の有無に
より工具摩耗が加速していることがわかる。

C utti ng fo rceFxy /Ad [N/mm ]

160

120

80
Ad 5.0Ad 5.2
Ad 7.9Ad 7.9Ad 10.5
Ad 13.1
Ad 15.0

40

0
0

100

200

300

400

500

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

4.2.3 工具寿命時
寿命実験において寿命に至る直前にチッピングと考えられる波形の乱れが生じる．寿命原因が異なる場合でも，結果としてチッピングが生じ，切削抵抗波形が不規則になることから，工具が寿命に至る前であることを判断できる．工具寿命前の工具を走査型電子顕微鏡 (SEM)で観察することによって，工具の寿命に至る原因を解析結果と共に考察する．
寿命後の工具を観察した結果，Ad7.9 では主に刃先のチッピング，Ad10.42 では主に切れ刃全体に渡る逃げ面摩耗による溶着が工具寿命原因であった．
振動の影響を調べるため，切削抵抗変動条件
Ad7.9 で工具寿命前まで切削を行った工具と，切削
抵抗安定条件 Ad10.5 で同切削距離まで切削を行った工具の摩耗を観察した．観察した工具の SEM 写
真を図 4.5に示す．前章の解析より逃げ角が小さくなる部分の逃げ面摩耗を測定した結果を図 4.6に示す．
Ad10.5 では逃げ面・すくい面摩耗が全体に広がり，部分的な損傷は少ない．Ad7.9 については底刃からの位置 Z d に従い観察すると， Z d =0.0 付近ではチッピング，Z d =2.0 付近で逃げ面摩耗，Z d =5.0
付近でチッピング，Z d =7.9 付近で逃げ面摩耗を確認できた．
チッピング発生位置について，図 3.6で最大切り屑厚さが増加している Z d ，かつ図 3.6で逃げ角が大きい（=すくい角が小さい） Z d である．これから，刃先に掛かる負荷が最も高くチッピング発生の原因となると考えられる．
逃げ面摩耗についても，図 3.6の逃げ角が小さい部分であり，逃げ角の寿命に対する影響が十分にあると考えられる．

0
6

0.4

図 4.4 径方向切り込みと工具寿命

200

4

0.2

Radial depth of cut Rd [mm ]

400

2

200

100

600

0

300

600

Cutting leng th [m ]図 4.3 単位軸方向切り込みあたりの切削抵抗変化

4.2.2 径方向切り込みの影響
最大切り屑厚さの径方向切り込みの相当量による寿命への影響を調べる．径方向切り込み Rd における寿命の変化を図 4.4に示す．工具寿命が半分以下になる条件は径方向切り込み Rd が 0.85[mm]である．振動のため底刃からの位置 Z d によって変化する最大切り屑厚さの最大値の径方向切り込み
Rd 相当量である 0.55[mm]と比較して大きな値であり，振動による切り屑厚さの増加による寿命に30

表 5.1に示した実験条件で切削抵抗と温度測定を同時に行った。切削抵抗 Fxy と切削温度の測定結果を図 5.2に示す。切削抵抗からエンドミルの位置が推測すると、逃げ面温度を測定している瞬間は
図 5.2の④の付近と考えられる。よって温度測定実験では切削抵抗が定常となる時間付近の最大温度を逃げ面温度とする。

Face w ear
Flank

Face

Flank w ear

Microchipping

Ad 10 .5

Ad 7.9EndmillFiber rad iatio nthermometer

mm
100

Face

Condenser

Face

Workpiece

Z d= 5m m

Fy

Flank

Measuremen t hole
(φ2.0)

100μm
Flank

Fx

Face

Fz
Dynamometer

Face
Charge amp.

図5.1温度測定装置

Z d= 2m m

表5.1温度校正用加工条件
Flank

図 4.5 寿命時の工具摩耗
120
Ad7.9
Ad10.5

7.9
38
0.1
0.5
30

80

5.2 温度測定結果

40

底刃からの位置 Z d における切削温度を切削初期の切削距離の短い工具と寿命前の工具によって

0
0

2

4

6

8

10

①

12

②

Dis tance from end cutting edg e Z d [mm ]③④

En dmill

Y

切削温度の影響
工具寿命に影響を与える要因には切削抵抗の他に切削温度がある．切削温度が高くなると溶着や工具コーティングの酸化による脱落等により強度が低下し，寿命が大幅に短くなる．そこで，ファイバ式放射温度計を用いて切削部の温度，特に逃げ面温度を測定し，工具の振動による寿命低下の原因が切削温度にあるのかを考察する．

2m m

o th
To

図 4.6 逃げ面摩耗

0.26mmWorkpiece

52mm

Measurement hole(φ2 .0)

X

Z

①

2mm

0.26mm
②③

④

2mm

900
600

F lank tempe ra tu re [℃ ]Cutting force

5.1 逃げ面温度測定方法
逃げ面温度の測定装置を図 5.1に示す。切削を行う面の中心にφ 2[mm]の穴をあけた被削材を用いて，その穴から切削中の工具逃げ面温度を測定す
る．放射温度計のスポット径はエンドミルの測定点でφ1[mm]となる．

300

C utting force [N ]Flank w are leng th [μm][mm][m/min][mm/tooth]
[mm]
[mm]

軸方向切り込み
Cutting speed
送り速度
Radial depth of cut
Free length

Flank

0

600
400
Flank temperature

200
0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

T im e [s]図5.2 逃げ面温度測定測定した．階段状に切削を行うことで，測定点を順次変更する．
31

底刃からの位置 Z d における逃げ面の温度測定
結果を図 5.3に示す．切削初期には工具全体で温度が低く，温度差も少ない逃げ面が寿命前になると切削温度が高くなり，切れ刃の位置によって温度差が 80℃程度生じている．逃げ面摩耗が大きく，接触面積が大きくなり切削温度が上昇すると考えると図 5.3で示した逃げ面摩耗の長短と一致する．
切削初期には摩耗の違いが生じていないことから，
工具全体が低い温度で切削を行い．寿命時では摩耗の進行により接触面積が増加し，切削温度が上昇したと考えられる．
このことから，切削初期の温度は寿命の短縮には直接関与しないが，工具寿命付近では逃げ面摩耗の部分的な成長が部分的な温度上昇の原因となり，切削温度と摩耗の相互作用による摩耗の加速によって工具寿命に悪影響を与えていると考えられる．

Flank t emperatur e [℃ ]9001)高松英次：金型製作の基礎知識，株式会社 技術評論社，(1995) 98-101
2)中川平三郎ほか：5 軸制御マシニングセンタによる多刃エンドミル加工面の高精度化―軸方向切削幅制御による側面切削時の切削抵抗一定化―，
精密工学会誌(2003) 掲載予定
3)村上敬宜：材料力学，森北出版株式会社，(1994)
1684)ツールエンジニア編集部：工具材種の選びかた
使い方，株式会社大河出版，(1994) 25
5)中山一雄：切削加工論，コロナ社，(1978) 132-133

700
Cutting length : 20m

600
1

2

3

4

5

2) 逃げ角・幾何学的切り屑厚さの算出について
工具のねじれ角と軸方向切り込み Ad により，切れ刃接触長さが一定となる条件と変動する条件があり，切れ刃長さが変動すると切削抵抗が変動し工具が振動し，工具寿命が大きく変化する．SKD61の切削抵抗と工具のたわみから振動する工具の刃先の軌跡を求め，その軌道からエンドミルの底刃からの位置 Z d によって最大切り屑厚さと逃げ角が異なることを求めた．

参考文献

Cutting length : 300m
8000

これは Z d により逃げ面摩耗の進行に違いがあるためであると考えられ，逃げ角が少なくなる Z d で摩耗が加速していると考えられる．
よって，振動により工具に逃げ角が減少する Z dが生じ，その部分が加速的に摩耗し，切削抵抗が上昇したため，すくい角が減少かつ最大切り屑厚さが増加する Z d でチッピングが起こるために，工具寿命が短くなると考えられる．

6

7

8

Dis tance from end cutting edge Zd [ mm]

図 5.3 逃げ面温度

結言
本研究では，(Al，Ti)N 膜をコ－ティングした 6
枚刃のエンドミルを用いて，焼入れされた金型加工用の難削材である SKD61 の被削性について調べた。その結果，以下の結果が得られた。
61)軸方向切込みが工具寿命に及ぼす影響
工具が振動しない条件と比較して振動する条件
では寿命が短くなり，単位軸方向長さあたりの切削抵抗から，工具が振動する条件では摩耗が加速されると考えられる．
寿命後の工具損傷を観察すると，工具が振動しない条件では切れ刃全体の逃げ面摩耗，振動する条件ではチッピングであり，寿命原因が異なる．
さらに振動条件の工具を観察すると，最大切り屑
厚さが大きくすくい角が少ない部分ではチッピン
グ，逃げ角が少ない部分で逃げ面摩耗が発生していた．
工具が振動する条件での逃げ面の温度測定を行った結果，切削初期では底刃からの位置 Z d による逃げ面の温度差は少なく，寿命時に差が生じた．
32

二酸化チタンによる水質浄化について（２）
高島支所

山下

重和

糊付け機を用いて、綿糸表面に二酸化チタン粉末の固定を図った。付着糸の評価
として、アセトアルデヒドガス分解およびメチレンブルー水溶液の脱色実験を行ったところ、両実験ともガス分解、脱色処理に効果があることが確認できた。
１．はじめに

図 2.1.1 および図 2.1.2 に加工後の綿糸の表面を産業発展にともない多様な化学物質による環状態を示す。

境汚染が問題になっており、水処理においてもより一層の高度処理技術が求められている。
二酸化チタンは、光エネルギーをもとに有害物質を無害化する方法であり、二酸化チタン自体が物質変換がないため半永久的に使用できる。
利用方法によっては経済的な処理方法である。
前年度は、織物表面に酸化チタンの固定化を図り、メチレンブルー水溶液の脱色について報告を行った。

本年度は、糸に二酸化チタンの固定を行い、水質浄化用資材の開発を行った。
評価として、アセトアルデヒドのガス分解およ2.1.1: 糸表面状態（酸化ﾁﾀﾝ濃度 7%）

びメチレンブルー水溶液の脱色実験を実施したので、その結果を報告する。
２．実験方法2.1 綿糸表面への二酸化チタンの固定方法
今回、固定材料に綿糸を選択した理由は、比表面積が大きく、水の流れに対して抵抗が少ないからである。綿糸には 20/2 を使用した。
二酸化チタンには、粉末のタイプのアナター
ゼ型のアパタイト複合酸化チタンを使用した。
糸への固定方法として、糊付け機を用いてコ

図 2.1.2: 糸表面状態（酸化ﾁﾀﾝ濃度 5%）ーティングを行った。バインダーとしてアクリ
ル樹脂と糊（コンニャク）を架橋剤にキタンサ

2.2

ンガムを使用した。今回、コンニャク糊が分散

5 Ｌのテドラーバックの中に 3 Ｌのアセトア剤の役割を果たした。試作条件として、酸化チ

ルデヒドガスとチタン加工糸（ 25mm 球 状、 30

タン濃度が 7%､ 5%､ 3%の３種類を試作した。

個）を入れ、上部に設置したブラックライト（20w

加工後の糸を直径 25mm 球状（梵天）に加工

× 2 本）で 1mw/c ㎡の光強度で照射し、2 時間を行った。

アセトアルデヒドのガス分解実験

および 20 時間後のガスの濃度を測定した。測定- 33 -

にはガス検知管を用いた。試験には、酸化チタであった。 UV なしでのガス濃度の減少は吸着

ン 5%濃度のサンプルを使用した。

によるものと考えられる。 UV ありの方が分解効果が高く、酸化チタン加工糸のガス分解効果

2.3 メチレンブルー水溶液の脱色実験が確認できた。

ガラスビーカーの中に 20mg/l 濃度のメチレン
ブルー水溶液を入れ、この中に加工糸（ 25mm

3.3 メチレンブルー水溶液の脱色実験

球状、20 個）を入れ 24 時間放置した後、メチ

図 3.3.1 に実験結果を示す。

レンブルー水溶液を入れ替え、実験を開始した。

脱色実験（梵天）

開始から 5 時間後までは空気によるエアレーシ

3

ョン(約 250mg/l) のみを行った。引き続きブラ

酸化チタン加工
ブランク（未加工）

2.466
2.334
吸光度

ックライト（352nm、 18w） 2 本をビーカーを挟む様に平行に配置して紫外線照射を行った。脱色の評価には、吸光度を用いた。測定には、分

2.28

2

1.707
1.515

1

光光度計を用いて 665nm の波長を測定した。な

0.818
0.52

お、実験は暗室において実施した。
00

図 3.3.1

３．結果と考察5

経過時間 2448

メチレンブルー脱色実験

3.1 綿糸への付着作成条件と評価
二酸化チタン濃度 7%では、酸化チタン粉末

実験開始から 5 時間経過後（エアレーションの凝集が多く見られた。5%､ 3%ではある程度均のみ実施）の吸光度は加工品、未加工品とも差一に分散していた。今回の条件では、二酸化酸がなく、梵天の染料の吸着量の影響は少ない。5化チタンを5％以内にすることにより均一に分布

時間経過後から、エアレーションに加えて紫外させることができる。

線の照射を開始した。紫外線照射後は、酸化チ

3.2 アセトアルデヒドのガス分解実験

タンを加工した梵天の方が明らかに脱色が良か

酸化チタン加工糸の光活性をみるために、アった。今回の加工方法で、水中の染料（有機物）

セトアルデヒドの分解実験を行った。図 3.2.1 にを分解が可能で有ることが確認できた。

結果を示す。初期濃度はいずれも 65 mg/l であった。UV 処理では、20 時間後のガス濃度は 0４．まとめmg/l であったのに対して、UV なしでは 40 mg/l

①コンニャク糊を用いて、綿糸へ酸化チタンの固定を行った結果、酸化チタン濃度 5%で以下では均一に分散していた。

ガス濃度（ｍｇ／ｌ）

70②アセトアルデヒドガス分解実験およびメチ

65 65

60

55

50

50

ＵＶ有り
ＵＶなし

レンブルー水溶液脱色実験いずれにおいても、

40

酸化チタンを加工した梵天の方が除去率が高か40った。今回の加工方法により、綿糸への酸化チ30

タンの固定が可能である。

20
10

0

0
0

図 3.2.1

2

経過時間／ｈｒ20

アセトアルデヒドガス分解実験- 34 -

- 35 -

時限的生分解樹脂（繊維）の製造及び評価に関する研究
繊維・有機環境材料担当

谷村泰宏

生分解樹脂の分解を時間的にコントロールする研究を行った。生分解樹脂の中に時間が来ると生分解性樹脂を分解させるための起爆剤を埋め込むことでコントロールを行う。現時点ではその時限的トリガーに、紫外線活性酸化チタンと紫外線吸収剤を用い制御することで、時限的に生分解樹脂を分解出来る可能性が見いだされた。
また、酸化チタンの活性が始まると一気に生分解

１．目的
環境産業やその他の多くの産業では、生分解性

樹脂の分解が始まる。

樹脂（繊維等）を使用しはじめているが、それらの素材は、まだ少ない。その普及しない原因の一

２．２．時限トリガーの作成
時限トリガーを、以下の薬品を用い表１に従っつが、生分解樹脂の分解時期速度の時限的な問題である。この時限的な制御が出来ればもっと多くて試料調整を行い、６試料を作成した。

の利用が行われる。今回の研究では、その時限的酸化チタンに分解を起こす機構について検討を行った。

・スーパータイタニア Ｆ−２（昭和電工）
紫外線吸収剤

２．方法

・２-ヒドロキシ-４-メトキシベンゾフェノン

２．１．時限的分解制御方法

・２,２,４,４-テトラヒドロキシベンゾフェノン

紫外線活性酸化チタンと、紫外線吸収剤を用い、酸化ﾁﾀﾝ1gに対する、 2-ﾋﾄﾞﾛｷｼ-4-ﾒﾄ 2,2,4,4-ﾃﾄﾗﾋﾄﾞﾛ

紫外線吸収剤の劣化する速度で、分解開始時間を

紫外線吸収剤の量制御する「時限トリガー」を考案した。

ｷｼﾍﾞﾝｿﾞﾌｪﾉﾝ

ｷｼﾍﾞﾝｿﾞﾌｪﾉﾝ

2 5 mg/gaA

構造的には紫外線活性酸化チタンの表面に紫外

1 0 mg/gbB

線吸収剤をコーティングし、その厚みで分解開始

2 . 5mg/g

c

C

表１

時間の調整を行う。

２．３．時限性評価試験
２．２．で作成した６試料について、以下の条件で紫外線照射を行い紫外線吸収剤の分解を行った。今回用いた紫外線吸収剤は黄色で、この色が酸化チタンの活性により色が無くなることで評価を行った。
経時変化による

紫外線照射器

紫外線吸収剤の劣化

スガ試験機製
スーパーキセノンウエザーメーターSX75（装置内温度６３℃、湿度５０％）
照射時間
１時間、５時間、２０時間- 35 -

４．まとめ３．結果および考察
それぞれの結果は、表２に示す通りとなった。

以上の結果から、紫外線が照射されている環境

紫外線吸収剤の量が多ければ紫外線が吸収されの中では、時限的に分解を制御できる可能性は見るため酸化チタンの活性が抑えられ、量を少なくいだされたと考えている。

すると紫外線全てを吸収することが出来ないため、

ただ今回の実験では、酸化チタンに紫外線吸収

酸化チタンの活性が抑えられず、紫外線防止剤が剤を均一にコーティング出来なかったため、どの分解され変色が起こったと推察される。

様にして均一にコーティングするかが今後の課題

部分的に変色したのは、酸化チタンの表面に紫と考えている。

外線吸収剤が均一にコーティングされていなかっまた今回の実験では、時限的機構についてのみたため、薄いところは紫外線が吸収されず変色が実験を行ったが、今後生分解樹脂に時限トリガー

早く起こったものと考えられる。

を練り込み、実際に分解させ評価を行いたいと考
えている。

表２
a

b

c

A

B

C

１時間

○

△

×

○

△

×

５時間

△

×

×

△

×

×

２０時間

−

×

×

−

×

×

○：ほとんど変色が起こっていない。
△：部分的に変色が起こっている。
×：ほとんど変色を起こしている。
−：測定せず。

- 36 -

ワイヤ放電加工における精度向上に関する研究（２）
機械電子・金属材料担当

樋口英司

あらまし：金型加工分野をはじめとして機械部品加工に広く利用されているワイヤ
放電加工の加工精度に悪い影響を与える要因を抽出、高精度加工への加工条件設定と真直度および真直度を測定した直線の傾き角度の関係を調べ加工精度の向上を図る実験を行った。実験の結果、ノズル流量、放電周期、放電エネルギ－および電極
走行速度の４因子が加工条件設定に寄与する結果を得た。

努力を積み重ねノウハウを取得・保持され、それ

１．はじめに
放電加工は、銅などの柔らかいワイヤ（工具）ぞれの企業がノウハウをさぐり合う状況がある。

で、超硬合金などの硬い材料を思いのままの形にこのことから、地域の関係する企業数社を対象

加工（切断）できる。この時工具と被加工物のすにワイヤ放電加工技術の動向を調査し、加工現場

きまは数ミクロンで、その間ワイヤ電極を巻取りの実態に則した加工条件を制御因子に反映させる

ながら、次々と放電を発生させ、糸鋸で二次元のため、実験に使用したワイヤ放電加工機で加工で輪郭を切断するように加工する。この加工方式をきるＭＡＸの加工条件範囲を被削材の加工によりワイヤ放電加工方式、他方、特定形状の電極を用求めて機械的な面から最適加工条件をもとめ加工

いて、その電極形状を投影加工する型彫加工方式

精度および形状精度との関係を調べた。

がある。
ワイヤ放電加工は、金型・ジグ関連企業や微細２．実験で加工困難な形状の加工を得意とする企業などで

２．１

一般的に広く用いられている。最近、開発された

１）被削材の選定

高精度ワイヤ放電加工機には、①加工精度±３μｍ保証、②面粗さ０．６μｍRyを実現した仕上げ

材料の硬さによる影響を把握するため硬さの違う２種類の材種を選定した。

回路、③仕上げ加工速度の向上、④高精度仕上げ
加工制御、⑤統合適応制御テクノロジ－、⑥最高

実験方法

用いた被削材のブロックは、市販されている仕上げプレ－トで、水準の加工条件をサポ－ト、⑦多様な加工に対応

幅８０mm×長さ２００mm×厚さ２０mm・４０mm可能な内蔵ＣＡＤ／ＣＡＭ、など高速化・高精度

材種

化プロセスを付加したものが、いろいろと照会さ

生材～ＳＳ４００
ブリハ－ドン鋼～ＨＰＭ２Ｔ

れ機械の価格も高くなる傾向にある。

（ＨＲＣ３７～４１）

ワイヤ放電加工機だけでなく他の工作機械も同じであるが、高精度・高機能加工機を導入すれば

２）加工形状および加工プログラム

素人でもある程度の加工精度までは加工が可能になる。しかし、ものづくりの観点や諸般の事情か加工形状および加工寸法は図１に示した内容である。

ら一概に新鋭機械の導入に諸手をあげることはで作成した加工プログラムはつぎとおりである。

きない。既存の設備を用いて同業他社より一歩優

１０

Ｇ４０

れた加工付加価値をつけるために各企業では日々

２０

Ｇ０１ Ｘ－１１０００ Ｙ０

-37-

３０

Ｇ０３ Ｘ－１０００ Ｙ－１０００

を参考にそれぞれ小・中・大の３種類を選定しＩ０た。

Ｊ－１０００

４０

Ｇ０１ Ｘ０ Ｙ－６０００

５０

Ｇ０３ Ｘ１０００ Ｙ－１０００

２．２

制御因子

２．１項の検討結果をもとに、それぞれの因子

Ｉ１０００ Ｊ０ごとに３水準を選定し、表１の制御因子をＬ１８直６０

Ｇ０１ Ｘ１１０００ Ｙ０

交表に割り付け、ランダムに２回の繰り返し実験

７０

Ｇ０１ Ｘ０ Ｙ－４０００

を行った。

８０

Ｍ２
水準
水準 １

水準 ２

2

6

水準 ３

因子

真直度測定線R1×2

A ノズル流量８１０板
厚Ｂ テ－ブル送り速度 7,000

8,500

10,000

Ｃ 放電周期

28

23

18

Ｄ 放電エネルギ－

8

9

10

Ｅ 電極走行速度

8

10

13

Ｆ ワイヤ張力

12

14

15

Ｇ 加工液電導度

4

5

6

Ｈ 放電率

60

70

80

誤差因子：被削材（硬さ）

図１

SS400

HPM2T

20

40

加工形状と加工寸法
信号因子： 板３）加工精度の測定

厚

特性値 ：寸法測定値

図１に示した加工性状のＣ面のほぼ真ん中を厚み方向に上面・下面の５mmを除いた真直度および真直度を測定した直線の傾き角度を測定した。

表１

制御因子と水準測定には、（株）東京精密製 輪郭形状測定機
コンタ－レコ－ド ２６００Ｅ－１２を用いた。
４）使用工作機械
ワイヤ放電加工機
ブラザ－工業（株）製
１６０mm×３．結果および考察
ＣＯＮＴ
加工範囲

ＨＳ－３００３．１

解析

Ｘストロ－ク

実験から得られたデ－タの一部を表２に示す。

Ｙストロ－ク２６０mm を使用した。

ＳＮ比と感度の解析に用いた計算式を以下に示した。

５）ワイヤ電極材種

黄銅ワイヤ、

ワイヤ径０．２５mmを（ １ ） 全 体 の ２ 乗 和 （ Ｓ ｔ ）使用した。

Ｓ ｔ ＝ ｙ １ １２＋ ｙ ２ ６６）制御因子・水準の選定

ｙ １ ２
２

２

… …

（ ｆ ＝ ８ ）（ ２ ） 線 形 式 （ Ｌ ）ワイヤ放電加工の経験がないため機械メ－カから提供された加工デ－タおよび技術動向調査結果-38-

Ｌ １＝ Ｍ １（ ｙ １１＋ ｙ １２）

＋ Ｍ ２（ ｙ １３＋ ｙ １４）
Ｌ ２＝ Ｍ １（ ｙ ２１＋ ｙ ２２）８－１８．９２－２０．２７

９－２０．１９－２２．０１＋ Ｍ ３（ ｙ ２３＋ ｙ ２４）（ ３ ） 有 効 除 数 （ ｒ ）ｒ ＝ Ｍ １

２

＋ Ｍ ２

№

回
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
N1
N2
表２

実験データ

２

1

（ ４ ） 比 例 項 の 変 動 （ Ｓ β ）Ｓ β ＝ （ Ｌ １＋ Ｌ ２）２

／ ２ × ２2

× ｒ

3

（ ｆ ＝ １ ）（ ５ ） 比 例 項 の 差 の 変 動 （ Ｓ β × Ｎ ）Ｓ β × Ｎ ＝ （ Ｌ １－ Ｌ ２）

２

4

／ （ ２

5

× ２ × ｒ ） － Ｓ β

6（ ｆ ＝ １ ）（ ６ ） 誤 差 変 動 （ Ｓ ｅ ）7

Ｓ ｅ ＝ Ｓ T－ Ｓ β － （ Ｓ β × Ｎ ）8（ ｆ ＝ ６ ）（ ７ ） 誤 差 分 散 （ Ｖ ｅ ）9Ｖ ｅ ＝ Ｓ ｅ ／ ６（ ８ ） 有 害 部 分 の 大 き さ を 表 す 誤 差 分

M1
n1
2.45
1.95
2.84
3.32
3.05
4.34
3.21
2.52
2.92
2.63
3.09
3.07
2.66
2.68
3.39
3.39
2.62
2.74

n2
2.13
2.55
2.6
3.68
3.15
3.61
2.41
2.83
2.4
2.58
3.07
3.79
2.64
3.15
3.56
3.22
2.55
3.04

散 （ Ｖ ｎ ）Ｖ ｎ ＝ （ Ｓ ｅ ＋ Ｓ β × Ｎ ） ／ ７

３．２（ ９ ） Ｓ Ｎ 比 （ η ）η ＝ １ ０ l o g （（ １ ／ （ ２ × ２ ×ｒ ））（ Ｓ β － Ｖ ｅ ）） ／ Ｖ

最適条件

真直度を特性値として解析したＳＮ比の要因効
果図を図２に示す。

ｎ（ １ ０ ） 感 度 （ Ｓ ）Ｓ ＝ １ ０ log（ １ ／ （ ２ × ２ ×ｒ ））（ Ｓ β － Ｖ ｅ ）表２のデ－タを前記の計算式により計算したＳ
Ｎ比と感度はつぎのとおりである。
Ｎｏ

ＳＮ比（ｄｂ）

感度（ｄｂ）

１－２２．２８－２３．２５２－１９．４６－２１．１４３－２０．９１－１９．７９４－２０．０６５

図２ ＳＮ比の要因効果図
効果要因は①ノズル流量：－２２．０１②放電周期：２３－２１．９２－２１．９９③放電エネルギ－：１０６－２１．４２－２０．３２④電極走行速度７－２２．６０－２１．５１
-39-

６

：１０

い)
最近の機械では、加工条件をデ－タ－ベ－ス
として制御機内に格納しておき、ＮＣデ－タ側ではそれを呼び出すだけという手法が一般的。
(2)デ－タ形式の違い(表現の違い)
機械上は全く同じ動作が制御機によって異なる表現。
(3)ユ－ザ－ニ－ズの違い(使い方の違い)
この調査は、国内メ－カ８社の最新機種を対象
図３ 感度の要因効果図に各機械メ－カ－の技術担当者に対するヒアリン
グおよび提供資料によりまとめたものである。

最適条件は要するに、加工条件デ－タとしてそれぞれのメ

Ａ２＋Ｂ３＋Ｃ２＋Ｄ３＋Ｅ２＋Ｆ２＋Ｇ３－カ－によって数値による表現やノッチによる表＋Ｈ２

現など表現が違っている点である。

Ａ２：ノズル流量

６l/min

３．３．２制御因子

Ｂ３：テ－ブル送り速度

１０，０００μm/min

Ｃ２：放電周期

２３

Ｄ３：放電エネルギ－

１０

提出した制御因子一覧表および研究報告書をもと

Ｅ２：電極走行速度

１０に企業から指摘を頂いた〔実験に使用する工作機

Ｆ２：ワイヤ張力

１４

械の限界加工条件を把握する〕を最重点に直交表

Ｇ３：加工液電導度６の中から過酷な条件と考えられる制御因子の組合

７０

せ条件でまず限界加工条件をもとめて制御因子を

Ｈ２：放電率μsic

ワイヤカット技術動向調査において企業に参考

決定した。

３．３

技術動向

実験の中でも限界加工条件に近い実験ナンバ－
ではワイヤオクリエラ－を生じたところもある。

３．３．１調査結果

これらのエラ－対策として執った手段はワイヤカット技術動向調査の調査項目として加工条件に関係する内容を調査対象として挙げまし①ノズル流量を６に、たが結果として加工条件の傾向やまとまった参考②放電周期の設定を２０に、デ－タを得ることができなかった。

③ワイヤ張力を１４に、変更したことである。

このことは、（社）日本金型工業会 東部支部が調査された『ワイヤカット用 NC デ－タ比較調

このことは、要因効果図のノズル流量(A)、放査ＷＧ最終報告書(2001,04,03)にも記載されてい電周期(C)、ワイヤ張力(F)、から理解することがる内容に合致するところがある。その内容は下記できる。

の部分である。

３．４【違いの程度と意味】
まず理解しておくべきなのが、ワイヤカット

問題と対策(1)ノズル流量
工作物の中央部付近は、どうしても加工クズな用 NC デ－タの違いを生む原因には、大きく分けて以下の三種類があるということである。

どの量が多くなると同時に、加工液の温度も一番(1)機械メ－カ－の持つ加工技術の違い(機能の違高くなる場所になる。このことがタイコ形状の原-40-

因にもなる。従って、ノズル流量が多い方に効果は上がる。反面、漏洩電流により工作物や機械本がある。

体の電解腐食が発生しやすくなる。

(2)テ－ブル送り速度
テ－ブル送り速度は加工電源余裕率と関連して
おり余裕率が５０～７０％程度になるように設定

中くぼみ形状(タイコ形状)の対策①ワイヤ張力を強くする。

する方法が採られる。テ－ブル送り速度により加ワイヤ放電加工機の加工原理からワイヤ電極の工速度と加工溝幅が変わる。

進行方向に対して上下ワイヤガイドとワイヤ電極(3)放電周期および工作物の関係は力学的に三点曲げの状態で繰り返し放電の最小周期。この値を小さくすれ加工が進行していることからワイヤ張力を強めにば、単位時間あたりの放電回数が多くなり、テ－し、ワイヤの振幅を極力小さくする。また、上下

ブル送り速度を速くすることができますが、瞬時

ワイヤガイドのスパンを短くする。

放電が集中する現象が起きやすくなりワイヤ電極

特に、上部ガイド位置は、ワ－クの上と下の寸の断線の原因になります。

法に大きく影響する。

(4)放電エネルギ②加工液の比抵抗を下げる(電導度を上げる)

一回の放電で流れる電流のレベルです。数値が電気を通しやすい状態で加工する。ワ－クの上大きいほど流れる電流は多くなり、放電電流を大下部と中央部の比抵抗差が少なくなる。

きくすると一回の放電で除去される工作物の量が③加工速度を速くする。

多くなり加工速度が向上しますが加工面品位は悪くなりワイヤ電極断線が発生しやすくなる。加工

加工進行方向の放電を主体にし、ワイヤの左右方向の放電量を相対的に減らす。

に際しては工作物とワイヤ電極が短絡しない範囲
で放電エネルギの値を小さく設定する。

４．まとめ(5)電極走行速度

本実験をとおして確認できた部分や、今後さらワイヤ電極走行速度を速く設定すればワイヤ電極の消耗が減り、ワイヤ電極断線がおきにくくなに検討が必要な部分等を列記する。
（１）評価（計測）特性値に真直度を用いる。

る。しかし、ワイヤ電極の消費量は増え、またワ

真直度のデ－タによる加工条件の評価を行

イヤ電極の振動が増えることにより、加工溝幅がった結果、満足のいく解析を行うことができ増える傾向になる。ワイヤ電極の消耗を考え、工た。

作物の厚さが厚いときおよび高速加工は速く、薄コ－ナ部のダレに関する評価特性値に何がいときおよび低速加工や仕上げ加工は遅く設定すベタ－なのか十分な検討が必要。

る。
(6)ワイヤ張力（２）信号因子として被削材の厚さを中小の２水ワイヤ電極の、走行時の張力を設定する。張力準に設定したところ実験精度を若干上げるこを上げると、ワイヤ電極の振動は減りますが、断とができた。

線し易くなる。張力を下げると、ワイヤ電極の振動の振幅が増え、工作物の厚みの中央で加工溝が（３）ワイヤの振幅を極力小さくするためワイヤ広くなる。またワイヤ電極ガイド部の移動方向が張力を強くする。

が変わる、コ－ナ－部のダレが発生しやすくなる。
(7)加工液電導度（４）ワイヤガイドのスパンを極力短くする。

加工液の電流の流れやすさを示す数値。加工液
電導度が高いほど、放電が容易に起き、加工速度-41-

機械の構造上、下側のア－ム形状の変更も必要。
（５）電導度を極力上げる。

参考文献

電気を通しやすい状態にする。
1)三菱電機（株）著、監修／斎藤辰男：『図解 放電加工
（６）加工速度を速くする。

のしくみと１００％活用法』

2)監修 向山芳世：ﾃｸﾆｶﾌﾞｯｸｽ.37形彫・ワイヤ放電加工

加工進行方向の放電を主体にし、ワイヤの左右方向の放電量を相対的に減らす。

マニュアル3)樋口：『高強度材料の切削に関する研究(3)』滋賀県東本研究の実施に際し、制御因子等の設定に指導助言をいただきました㈲かわはし鐵工

川橋 幸

北部工業技術センタ－研究報告（平成１２年度）

4) （社）日本金型工業会東部支部：『ワイヤカット用NC

雄 氏、ならびに実験結果の解析にご支援ご協力を頂きました（財）滋賀県産業支援プラザ 技術支援課 副主幹 酒井 一昭 氏には深く感謝しま
す。

-42-

デ－タ比較調査WG最終報告書』

織物表面加工法の開発
繊維・有機環境材料担当

浦島

開

正絹の浜縮緬は無地が主流で正装用着物として高い評価を得てきた。織物として模様柄を表現する手段を持たない現状である。振袖用など新しい分野素材を目標に表面加工法を検討したところ、高圧プレスを適切な条件の下で行うことにより耐久性のある加工法を開発できる見込みがついた。
１．目的

繊維製品は、アイロン仕上げによりシワを伸ば長浜産地の浜縮緬は、変わり縮緬や一越縮緬、したり、折り目をしっかりと付ける効果がありよ古代縮緬など平織の無地縮緬が主力である。各企く行われている。このアイロンがけを強い条件で業は、風合いやシボと言われる表面効果に特徴を行うと生地がアイロン光（テカリ）を生じことが持たせ、最高級品としての浜縮緬ブランドを確立ある。アイロンかけの条件とは、圧力、温度、時してきた。こうした一方で、おしゃれな着物や振間、あて布、布の水分率１）などがある。今回の加袖用の生地に対する取り組みも最近では行われて工法は、このアイロンがけとよく似た方法である。

きている。

プレス加工は、テクノサプライ（株）製の小型プ

無地の縮緬は全体として光沢はあるが、強弱がレス機Ｇ−１２型を用いた。プレスする方法には、ないため落ち着いた雰囲気がある反面、賑やかさ

ローラ捺染の方式と型紙捺染の方式が考えられる。

に欠ける面がある。

基礎的な実験でもあり図１のような型紙捺染によ

従来から、織物などに光沢を増す方法としてカく似た方式により実験を行った。同じ温度に設定

レンダー加工があり、柄や凹凸形状を付与する方

した熱板と熱板の間に模様型、被加工布、水分調法にはエンボス加工があり、またジャカードやド整布（紙、布等）を重ねてセットし、熱板によりビー装置により光沢の変化が可能である。このよ

プレスを行う。この模様型は付与しようとする柄うな方法とは異なる方法で、振袖用として光沢にを描いておくことにより自由に設計可能である。

富み、模様柄のある生地を目標に表面加工法を検
熱

討した。

板
↓

水分調整布
被加工布

２．方法

模様型

２．１．浜縮緬の特徴
熱浜縮緬は、よこ糸に強撚糸を用いて独特のシボ図１を表現した織物で主に正装用着物に使われ、染色板
加圧方法

性や風合いが優れている。これらの無地縮緬にプレス加工することを検討したところ、一越縮緬や
古代縮緬などの強撚糸織物は、プレス後もシボの２．３．加工方法の特徴

回復が大きいことや、収縮が大きい点から不向き

プレスすることにより織物表面が平滑になり、と判断し、変わり無地縮緬を実験試料とした。

光沢が増す。また、織物全面をプレスすることも可能であるが、その一部をプレスすることにより

２．２．加工方法

模様を表現することも可能となる。このように光- 43 -

沢差で模様を表す方法として、ジャカードによる製織法があるが、本方法は後加工によることが特徴の１つである。
２．４．加工実験の条件
前記プレス機を用いて、変わり一越縮緬の白生
地（精練後）を試料として実験した。圧力、温度、時間をそれぞれ３水準とし加工した。圧力は、１００，２００，３００ Mpa とし、処理温度は、

表１

加工条件と光沢度

１００，１１０，１２０℃。また、加圧時間は３

番

温

圧

時

０秒、１分、２分とした。また、水分の供給は金

号

度

力

間

たて

よこ

たて

よこ

白生地

染色生地

巾（染色堅牢度添付白布）を湿潤して試料と同時

1

100 0.5

3.4

2.4

0.5

0.4

に加圧した。金巾の水分量は、金巾生地の約１５

2200 0.5

3.6

2.5

0.5

0.4

０〜１６０％に調整したものを使用した。加圧処

3300 0.5

3.8

2.6

0.5

0.4

理後、浜縮緬工業協同組合で整理仕上を行った。

4

100

1

3.5

2.4

0.5

0.4

その後、京都市内の染色加工業者に依頼して無地

5 100 200

1

3.7

2.5

0.5

0.4

に染色した。

6

300

1

3.8

2.6

0.5

0.4

7

100

2

3.5

2.4

0.5

0.4

３．結果および考察

8

200

2

3.7

2.6

0.5

0.4

３．１．加工効果

9

300

2

3.9

2.6

0.6

0.4

加圧することにより生地が圧縮され扁平になっ10

100 0.5

3.6

2.5

0.5

0.4

ている。加圧することにより、写真のように繊維

11200 0.5

3.8

2.6

0.6

0.4

の断面も変形している様子である。

12300 0.5

3.8

2.6

0.5

0.4

13

100

1

3.7

2.6

0.5

0.4

14 110 200

1

3.9

2.6

0.6

0.5

15

300

1

3.9

2.7

0.6

0.5

16

100

2

3.7

2.6

0.5

0.4

17

200

2

4.2

2.8

0.7

0.6

18

300

2

4.2

2.8

0.6

0.5

19

100 0.5

3.8

2. 6

0.6

0.5

20

200 0.5

4.1

2. 8

0.6

0.5

21

300 0.5

4.2

2.8

0.7

0.5

22

100

1

4.0

2.7

0.6

0.5

23 120 200

1

4.1

2.8

0.6

0.5

縮緬（白生地）をプレス加工して、水洗後整理

24

300

1

4.2

2.9

0.6

0.5

仕上げをした段階で光沢度を測定した。次に浸染

25

100

2

4.2

2.9

0.6

0.5

（えんじ色）した後、再度整理仕上げを行い２度

26

200

2

4.2

2.9

0.7

0.6

目の光沢度を測定した。光沢度は、ミノルタ製光

27

300

2

4.2

2.9

0.7

0.6

沢計により６０度法でたてよこ３回づつ測定した。

28

無加工部

2.7

1.9

0.3

0.2

（温度：℃
- 44 -

圧力：Mpa

時間：分）

加工温度が高くなると、光沢度も高くなる傾向の変化、水洗、仕上げ等の影響と考えられる。こがある。圧力も高くなるほど効果は大きい。加圧

れらのことからプレス部において大きく落ちてい時間の効果はは明瞭でないが同じ傾向を示すと考るとは言えず、プレス効果が維持されていると思えられる。このように光沢度はよく似た数値であわれる。

るが、目視判定による模様の鮮明さはかなり異なる様子を示している。表中太字で示した５，６，

３．３．モアレ効果

８，９，１２，１５，１８は無加工部との境界がモアレ加工は、織物に波形または雲のような模明瞭で模様柄が鮮明である。これらは圧力が大き様をつけることで、通常特別に彫刻されたローラいグループで、温度は１００℃と１１０℃である。 ーでプレスする方法や２枚の織物を重ねる方法で
１２０℃のグループは光沢度は高いが、境界部が行われている。

不鮮明になっている。このことは水分が大きく影

前記２．４で記した条件でモアレ効果を確認し響しているものと考えられる。すなわち境界部はた。今回使用した生地のよこ密度は、次のとおり

水分の蒸発が激しく、想定した処理ができていなである。

いものと思われる。水分は絹繊維を柔軟にする効

・金巾の密度

２６本／ cm

果と繊維内部の水素結合を再配置する効果を果た・変わり一越縮緬の密度

２３本／ cm

モアレを発生するにはこの密度が重要である。

している。以上のことからプレス加工の時間内に湿潤状態から乾燥状態にシフトさせる必要がある。 モアレ縞の鮮明さは、光沢度と同じ傾向を示してまた、その供給する水分量を充分確保するため、いる。また、被加工布（縮緬）と水分調整布（金被加工布によって水分調整布も選択する必要があ巾）との設置角度により、モアレ縞の現れ方も異る。

なり斜線が見えてくる。設置角度が６゜、９゜、
１７゜の場合、モアレ縞の斜線角度は、それぞれ

３．２．模様柄の耐久性

約４０゜、６０゜、８０゜となった。また、織物

耐久性を測定するため予めプレス加工した（１が部分的に角度がつくことから、木目調がでるこ

００℃、１４０ Mpa、５分）絹縮緬を、ＪＩＳ
Ｌ

０８４４

ともある。

Ａ−１法により洗濯試験を繰り返し行った。その後、所定の幅長さに仕上げ光沢

４．まとめ
今回、絹の縮緬に模様を付与することを目的に度を測定した。
着物をこのような過酷な条件で洗濯することはないが、上記方法は染色堅牢度を測定する方法と取り組んできた。高圧のプレス加工を行うことにより可能となった。
今回は、白生地で加工を行って実験したが、染してよく使われている。
表２

色後の生地に加工すれば、後の工程が軽易に済む

試験回数とたて方向光沢度（６０度法）

洗濯回数

通常部

プレス部

ことからさらに効果的と考えられる。また、製織

０

２．７

３．７

後の生機で行うことも可能である。高圧精練など

１

２．４

３．０

により光沢模様の付与が明瞭ではないが不可能で

２

２．４

３．０

はない。

３

２．３

２．８

ジャカードによる紋織りとは雰囲気の違う表現

４

２．３

２．８

方法が開発できた。今後、実用化の方法を探りた

５

２．３

２．７

い。
文献

光沢度が通常部でも落ちているのは、繊維自体- 45 -

１）繊維製品消費科学ハンドブック

ｐ４２７

高分子量セリシンの用途開発（高分子量セリシンフィルム開発）
高島支所（兼）繊維・有機環境材料担当

三宅肇

医療、健康福祉分野への利用を目的に、保湿性や抗酸化作用などの生理的効果を有するセリシンのフィルムを作成して、その構造や水分特性について検討した。
加水分解セリシンおよび架橋セリシンフィルムは、結晶構造がランダムであるのに対して、高分子量セリシンフィルムは主に結晶性が高いβシート構造を有しており、耐水性や強度など優れた物性を有することが示された。
また、高分子量セリシンの吸湿特性は分子結合力が大きな単分子層吸着が多く、架橋セリシンに比べて放湿に時間を要し、保湿性が高いことが示された。
高分子量セリシンは、他の物質を含まずに耐水性を持つフィルム化が可能であることから、主に医用材料としての利用が期待できる。
１．緒言

２．実験

セリシンは保湿性や紫外線吸収性、抗酸化作用

２．１など生理的効果を有するシルクタンパクの一種である(1-6)。

分子量

分子量は、ゲルろ過クロマトグラム（日立製作所製

D-7000）を用いて測定した。測定条件は

セリシンはフィブロインタンパクと強固に接着以下である：溶液，0.05 mol phosphoric acidをしている。大きな分子量を有することから常温

buffer + 0.3 mol NaCl；ゲルカラム，Shodexには不溶であり、工業的には高温水やアルカリでAsahipak 520HQ； 温 度 ， 35 ℃ ； 流 速 ， 0.6

加水分解によって除去される（精練）。精練後のml/min。

セリシンは、低分子量化され水溶性を示すことか

２．２

ら、これにより得られたフィルムや膜などのセリ
シン材料は耐水性に乏しい。

試料

高分子量セリシンは、カシロ産業㈱から提供頂いたものをそのまま用いた。平均重量分子量は

我々は以前に、ＤＭＵにより架橋を行ったセリ
シン膜の物性に関する研究を行った結果 (7)、優3.88×105 である。
２．３

高分子量セリシンフィルム

高分子量セリシンフィルムは、セリシン 2wt

れた機械的物性を有する膜が得られている。
しかし、医用材料などへの転用を考えると、毒％水溶液をオートクレープにより 105 ℃, 3 分間性を有する架橋剤を使用することは望ましくな

加熱溶解後、テフロンシャーレを用いてキャストい。我々はこれまでに開発した高分子量セリシンして得た。

(8-9)を用いることにより、架橋処理を行わずに

２．４

加水分解および架橋セリシンフィルム

加水分解セリシンフィルムは、高分子量セリシ

耐水性の高いフィルムが得られることを明らかに

ンを 2wt ％炭酸ナトリウム水溶液で加水分解している。
本研究では、高分子量セリシンの用途開発の一（105 ℃

5 分）後、キャストして得た。

つとして注目をしている医用材料への転用を目的

架橋セリシンフィルムは、加水分解セリシンをに、高分子量セリシンフィルムの基本物性およびジメチロールエチレン尿素（ＤＭＵ）により架橋

水分特性について検討を行った。

して得た。

- 46 -

２．５

３

ＦＴーＩＲ

結果と考察

㈱島津製作所製ＦＴ−ＩＲ（ＡＩＭ８０００）

図２に、高分子量、加水分解および架橋それぞを用いて、ＡＴＲ法により分解能１ｃｍ−１ 、積れのセリシンフィルムのＦＴ−ＩＲスペクトルを

算回数 100 回、波数範囲 1400 〜 1800 ｃｍ示す。高分子量セリシンには、βシート構造によ−１で測定を行った。

るアミドⅠおよびアミドⅡに起因する 1645cm-1

２．６

ショルダーピークおよび 1514cm-1 ピークが観察

Ｘ線回折

Ｘ線回折パターンは、理学電機㈱Ｒｉｎｔ２０

される(10)。これに対して、加水分解、架橋フィ００、ＣｕＫ α 管球を使用して、ステップ角度 1°

ルムは、 1645cm-1 ショルダーピークは新たなピ（２θ）／ｍｉｎ、回折範囲２θ＝ 5° − 50° でークに変化しており、さらに 1527cm-1 にショル測定した。測定にはフィルムを粉砕した微粉末をダーピークが発生している。これらはランダムコ用いた。

イル構造に起因するピークであることから、高分

２．７

子量セリシンの結晶は、加水分解や架橋によりβ引っ張り試験

引っ張り試験は、インストロン試験器（インストロンジャパン㈱製）を用いた。試料は標準状態

シート構造からランダムな構造に変化することが予想される。

下（25 ℃ R.H.55%）に 48 時間放置後、実験に供した。引っ張り速度は 20mm/min である。
２．８

amideⅠ

溶出量–11624cm–1

1645cm

セリシンフィルムを各種温度の水中に８時間浸
せき後の溶出量を求めた。溶出量は紫外可視分光

1514cm–1–1

1527cmHigh–Mw

Absorbance

光度計 UV-1600PC (島津製作所㈱社製 )を用いて、ブラッドフォード法により測定した。標準試料には牛アルブミン（ＢＳＡ）を用いた。
２．９

amideⅡ

膨潤率

Hydrolysis

Hydrolysis+
Cross–link

含水フィルムの膨潤率は、次式から求めた。
膨潤率(％)＝Ｖ w ／Ｖ d × 100
ここで、Ｖ w は膨潤フィルムの体積、Ｗｄは乾燥フィルムの体積である。
２．１０

1800

吸放湿測定

1700

1600

1500

1400

Wave number (cm–1 )図２

吸放湿は、図１に示す装置により測定した。乾ＦＴ−ＩＲスペクトル

湿下における重量の変化は３分間隔でＰＣに取り
図３は各フィルムのＸ線回折図を示す。小松(4)込んだ。

は熱水抽出したセリシンの結晶面間隔から計算を
Silica gel
Air pump

行 い 、 結 晶 ピ ー ク が ２ θ =12.1°,19.6°, 21.2°,
dry air

SampleCross valve

26.9°，44.6° に現れることを示している。高分子
量セリシンは、２θ=20° および 12°,28°, 43° 付

wet air

Electron balance

近にピークおよびショルダーが観察されており、計算値とよく一致する。これに対して、加水分解

Water

PC

セリシンは 20° 付近のピークがブロードなピークに変化しており、架橋セリシンはより顕著である。

図１

吸放湿試験装置

これは、高分子量セリシンは加水分解や架橋によ- 47 -

(×10 –2 )Elution protein composition ( ％ )High–Mw

Intensity

Hydrolysis

8

6
Cross–link
4

2

High–Mw

0

20

40

60

80

Temperature (℃)
Hydrolysis+
Cross–link

10

20

図４

30

40

50

水中のセリシン溶出率

50

図３
表１

Moisture regain ( ％)

２θ(°)

Ｘ線回折図
機械物性

High-Mw

40
30
Cross–link20
10

Cross-link

0

Stress/MPa

65.1

42.8

Strain/%2.1

3.7

Young's modulus/MPa

4060

High–Mw

20

40
60
Relative humidity (％)

図５

80

100

等温吸着曲線

1670
らに溶出量が少なく、常温水に対する耐水性が大きいことがわかる。

り結晶がランダムな構造に変化をしていることを

図５は両フィルムの吸着等温曲線を示す。ＢＥ

示しており、ＦＴ−ＩＲの結果による考察を支持

Ｔ型の曲線を示すことから、セリシンフィルムはしている。

多分子層で吸着することが予想される。湿度７０

高分子量セリシンフィルムの引っ張り強度は、％以下の低湿下では、架橋フィルムは高分子量セ

表１に示すように架橋セリシンフィルムに比べてリシンフィルムよりも吸湿量は低い。しかし、高大きい。このことは上述のように、結晶部分が多湿下においては吸湿量は反対に高くなる。セリシ

いことを示している。

ンは多くの親水基(例えば、-OH, -NH, -COOH)

図４は、高分子量セリシンフィルムと架橋セリを有する。これらは、フィルムの親水性に大きな

シンフィルムの水中におけるセリシン溶出量と水影響を及ぼすが、架橋フィルムはこれらの官能基温の関係を示す。両フィルムとも僅かな溶出が見が架橋反応に寄与していることから少なく、低湿られるが、これは低分子量部分や未架橋部分が溶

下における単分子層吸着量が低くなると考えられ出していると考えられる。ここで、高分子量セリる。これに対して、高湿下においては架橋フィル

シンフィルムは架橋セリシンフィルムに比べてさムは表２に示すように大きな膨潤がおこるため、- 48 -

表２

本 内 容 の 詳 細 は 、 高 分 子 学 会 誌 「 Polymer

含水率と膨潤率

Journal 」の vol.11 (2003) に掲載されています。
High-Mw Cross-link
参考文献

Water regain / %

166.7

193.3

Swelling ratio / %

122

180

wet air

dry air

60

4

40

20

0

High–Mw

Moisture content (％)

Moisture regain ( ％)Cross–link

3

High–Mw
2

Equilibrium
1

Cross–link

0

40

60
Time (hr)2040Time (hr)

60

図６

吸放湿曲線

80

80

多分子層吸着量は大きくなる。図６は両フィルムの吸放湿の様子を示している。高分子量セリシン
フィルムの方が、高湿下において吸湿量が低いにもかかわらず、放湿に長い時間を要している。これは、化学結合力が大きな単分子層吸着量が多い
ことを示しており、等温吸着曲線の考察を支持している。

(1)Katoh, N., Satoh, S., Yamanaka, A., Yamada,
H.,Fuwa, N., and Nomura, M. (1998a) Silk,
protein, sericin, inhibits lipid peroxidationand tyrosinase activity. Biosci. Biotechnol.
Biochem. 62, 145-147(2)Katoh, N., Shoji, A., and Yamada, H. (1998b)
Silk protein sericin as a new biomaterial. Bio
Industry 15, 15-20 (in Japanese).
(3)Katoh, N., and Sasaki, M. (2000) New
physiological functions of sericin and its
application for cosmetic and food. Fragrance
J. 4, 28-33 (in Japanese).
(4)Komatsu, K. (1980) Chemical and structuralcharacteristics of silk sericin. In Zoku Kenshi
no Kohzo (N.Hojyo,ed.), Shinshu Univercity,
Nagano, 379-415 (in Japanese).
(5)Tsukada, M., Magoshi, J., and Miyauchi, K.
(1977) Glass transition and crystallization of
amorphous silk sericin. Kobunshi Ronbunshu
34, 71 (in Japanese).
(6)Sakurada, I. (1985): “Polyvinyl Alcohol Fibers”,
p170, Marcel Dekker, Inc., New York andBasel.
(7)Ishikawa, H., Nagura, M., and Tsuchiya, Y.
(1987) Fine structure and physical propertiesof blended film composed of silk sericin andpoly(vinyl alcohol). Sen'i Gakkaishi., 43,
283-287 (in Japanese).
(8)H. Miyake, S. Otu, and H. Wakisaka, Japan
Patent Open 265498(2002)(9)H. Miyake, S. Otu, and H. Wakisaka, Japan
Patent Open 265499(2002)(10)Nakanishi, K., Solomon, P. H., andFurutachi, N.,"Infrared Absorption
Spectroscopy", Nankodo, Tokyo, 1993, P45- 49 -

ヨシ苗定着資材の実用化研究（Ⅱ）
繊維・有機環境材料担当

浦島開

平成１３年度、生分解性繊維を使った植裁用資材の開発を行い、（財）淡海環境保全財団の協力を得て琵琶湖岸において植栽実験を行った。今年度は、昨年度のヨシ苗の定着状況を把握するとともに、新たな資材の開発を試み引き続き植裁実験を行った。
り３株を装填し４資材（１２株）を植裁設置した。

１．目的
昨年度、椰子繊維のマットと繊維資材を組み合わせて使う方法と同マットを使わず繊維資材のみ

その結果、今津町においては１２株とも新芽を出し、新芽本数は平均１２本であった。

で植裁する方法についてフィールド実験を行った。

彦根市における状況としては、表２のように１

今年度は、これら昨年度に実施した方法を引き続部の株が新芽を出さない状況であった。また、繊き検証するとともに、新たな渇水場面を想定した維資材のみによる方法でも、同じ状況が見られ、繊維資材を開発した。この新規繊維資材を用いて平均新芽本数は１３本であった。新芽の太さも、フィールド実験を行いヨシ苗の定着効果を確かめ

２〜３ mm から６〜７ mm である。
表２

ることとした。

資材の種類と新芽の数（彦根市）

素材（マット併用）

芽出し株数と本数

１

ポリ乳酸繊維、綿糸

３：１４

２．１．ヨシ苗の定着状況

２

ポリ乳酸繊維、綿糸

４：１２

昨年度、椰子繊維製マットと繊維資材を使用し

３

ポリ乳酸繊維、綿糸４：１９た方法を用いて琵琶湖岸の彦根市と今津町で実施

４

ポリ乳酸繊維３：１４

した。繊維資材は、ポリ乳酸繊維や天然繊維であ５ポリ乳酸繊維４：１５る綿糸を使用し６点を作成した。１資材にヨシ苗

６ポリ乳酸繊維４：１８

平

3.7：15.3

２．昨年度からの経過状況

４株を植えた。芽出し株数は、１資材あたり新芽

均を出した株の数とし、本数は新芽の平均本数とした。ヨシの太さは、細いヨシで３〜４ mm、太い
ヨシは７〜８ mm であった。
表１

資材の種類と新芽の数（今津町）

素材（マット併用）

芽出し株数と本数

１

ポリ乳酸繊維、綿糸

４：１７２

ポリ乳酸繊維、綿糸

４：２０

３ポリ乳酸繊維、綿糸

４：１４４ポリ乳酸繊維４：１２

５

ポリ乳酸繊維４：２９６

ポリ乳酸繊維４：１７

平

4.0：18.2

均

今津町の植裁地は波よけが設置され一定の水深
また、繊維資材のみによる方法は、１資材あたに造成されているが、彦根市の植裁地は波よけ等- 50 -

の施設がない。また、冬の北西風の条件も彦根市ることによるものと考えられる。両実験場の資材の方が厳しく波も荒い。彦根市の NO.１、４（沖は、現段階でいずれも十分な強さを保持している。

側で波の寄せる先端）の一部が芽出ししなかった

耐久性の面から見て、初期の目的を達している。

理由と考えられる。新芽の本数や太さに少し差があるようにみえることも、このような自然環境の３．今年度の実施状況
平成１４年は例年になく降水量が少なく図の違いと考えられる。

ように琵琶湖の水位もマイナス１ｍ近くにまで達した。

２．２．資材の物性変化資材に使用したポリ乳酸繊維は、生分解性繊維
で、徐々に分解されていくことが予想される。この分解過程で繊維の物性がどのように低下していくかを追ってきた。その結果が図１、図２である。
一般的にポリ乳酸繊維は強度が低下し、伸度が増加する傾向といわれている。今津（図１）の場合
は、強力が低下し伸度が増加している。一方、彦根（図２）の場合は強力も伸度も低下傾向を示し干上がった状態が長く続き、根が伸張して地面変化率

図１ 資材の物性変化（今津）
15.0
10.0
5.0
0.0
-5.0
-10.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0

に固定するほどであればヨシ苗を直に植裁することも可能と思われる。しかし、通常それほどの期
間がないことや植裁の時期が冬に向かって成長の

未使用

２ヶ月後

４ヶ月後

１０ヶ月後

１２ヶ月後

止まる時期でもあることからヨシ苗だけを植えることは難しい。そこで干上がった状態であるが、数ヶ月後には浸水すると思われる位置に植裁することとした。そのための繊維資材を検討するとと強力変化率（％）
伸度変化率（％）

経過時間

もに昨年度開発した袋型資材を使ってフィールド
実験を行うこととした。実験場は昨年度とほぼ同じ位置で行うこととし今津町は１２月６日、彦根

変化率

図２ 資材の物性変化（彦根）
15.0
10.0
5.0
0.0
-5.0
-10.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0

市においては１２月４日に植裁した。彦根市における植裁図面は次のとおりとし、今津町においてもほぼ同じように植裁した。このときの水位はマ

未使用

２ヶ月後

４ヶ月後

１０ヶ月後

１２ヶ月後

イナス８８ cm であり、植裁した位置の水位は、今津町でマイナス３０ cm、彦根市はマイナス７０ cm 位のところと考えられる。その後予想より早く水位が回復し３月半ばにはプラスに改善され強力変化率（％）
伸度変化率（％）

経過時間たため、いずれも水中に埋もれた状態になっている。３月現在ではまだ新芽がでていない。

ている。１年経過して今津、彦根の両地区とも強力は２０％強低下した。伸度が両地区で異なる傾向を示しているが、実験場の水深や水環境が異な- 51 -

今津町（２００２年１２月６日
沖①①資材無し直植え（１５株）

側

○

○

○

②苗縦置きカバー（１０株）

○

○

○

③たて型３連袋（３株×５）

○

○

○

④苗横置きカバー（１０株）

○

○

○

⑤資材無し直植え（１５株）○○○
彦根市（２００２年１２月４日

②

③

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

④
水

路

沖
①
○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

③

④

②

○

○

側

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

陸

側

○

○

○

○

○

○

①たて型３連袋（３株×５）○○②苗縦置きカバー（１０株）③資材無し直植え（５株）④苗横置きカバー（６株）

⑤

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

陸

植裁）

側
- 52 -植裁）

４．まとめ
昨年度開発した植裁資材を用いて実験して、その経過を観察してきたところ資材の耐久性も問題ない状態で推移している。また、ヨシの芽出しの状況もほぼ順調であったが、ヨシの太さや高さは
一般地のヨシに比べて細く低い状況である。湖底に根を張っている状況が充分とは言い難いかもしれない。
また今年度は、新たに干上がった状態で植裁するための資材を開発しフィールド実験を行った。
今後、植裁状況を観察しさらに改良を加えていく
今年度検討した資材はヨシ苗を写真のようにカ予定である。

バーする資材とした。杭を打つところは、平織とし、苗をカバーするところはよこ糸を無くしたす文献

だれ状とした。また、使用素材はポリ乳酸繊維の１）浦島

１０ｓ／４とした。

２）浦島、谷村- 53 -

平成１０年度研究報告

P14 〜 15

平成１３年度研究報告

P ２５〜２７

コンクリートのスケーリング劣化防止剤の耐候性に関する研究（共同研究）

要旨

滋賀県東北部工業技術センター

宮川栄一

八戸工業大学工学部

庄谷

征美

株式会社日興玉置

利治

コンクリートのスケーリング劣化を防止するコーティング剤として，従来は，エポキシ等の有機塗料が使用されているが，有機塗料は，環境汚染を生ずる原因とされ，耐久性に劣る傾向があると報告されている。本研究では，新しく開発された
無機浸透型のコーティング剤の長期耐久性を，メタルハライドウェザーメーター促
進化試験により，評価した。試験は，有機塗料を塗布した供試体 3 種類と無機コー
ティング剤塗布の 3 種類について行った。試験結果は，有機塗料が短時間で変色したのに比し，無機浸透型コーティング剤は， 1,000 時間照射で，変色なし，光沢率の低下も良好な結果を示した。

１．はじめに要因となる。この影響を軽減する方法として，コ

第二次世界大戦後の我が国では，経済復興のた

ンクリート面へのコーティング法があり，何種類

め多くの土木工事，建築工事が行われ，コンクリ

かのコーティング剤の耐久性を調べることとしート構造物が，重要な社会資本として蓄積された。

た。

コンクリートは，半永久的な耐久性があるものと考えられ，近代国家に欠かせない建設材料となっ

２．２

劣化防止剤の開発た。しかし乍ら，作業能率を優先させるため，コ

常識的に，有機物の塗布剤より無機の塗布剤が，ンクリートの品質よりも流動性の良い，打設し易耐侯性に優れていることは，分かっている。しかいコンクリートが志向された。この弊害の１つが，し乍ら，無機コーティング剤は，接着性に劣るた

コンクリートのスケーリング劣化であり，これをめ，長期間の紫外線による負荷に耐えるものを作防止することがコンクリートの外観を保つと共にる必要がある。この趣旨に沿って接着力の問題が長寿命化に繋がる為，スケーリング防止用コーテ

発生しない浸透型のスケーリング劣化防止剤を開ィング剤の耐侯性試験を行うこととした。

発するのがベストと考えた。

２．共同研究内容

２．３

２．１

長寿命化

共同研究の目的

コンクリートスケーリング劣化防止剤の産学官連携により，コンクリートのライフサイ

コンクリートの凍結融解と，塩化物の複合作用

クルコストを下げる工法の開発を最終目的とす

によるコンクリートの表層剥離現象であるスケーる。コンクリートを打設すると，ブリーディング

リングを防止するため，従来は，コンクリート表

や材料分離などと必然的に発生する欠陥等の変状

面に塗料等の有機物を塗布してきた。共同研究でに加え，エントラプトエアーや粗大な毛細管空隙

は，コンクリートに浸透し，スケ−リング劣化をを生じ，これが表面劣化であるスケーリングの一防止できる無機，浸透型のコーティング剤につい- 54 -

て，その塗布されたものを長期暴露試験を実施し３．共同研究の内容て，その耐久性の評価をする。

３．１

スケーリング劣化防止剤

コンクリートのスケーリングを防止するには，
２．４

コンクリート劣化防止剤の評価試験

コンクリートが水を吸収する細孔を少なくするこ

スケーリング劣化を防止する従来の塗布剤と前とが有効である。この細孔を塞ぐため，㈱日興で述の 2.2 で開発した劣化防止剤について，メタルは，常温でガラス化するシリコンが原料の塗膜型

ハライドウェザーメーターによる促進劣化試験を

テリオスコートを，浸透型に改造したテリオスシ

実施し，その耐候性の評価を行った。

ーラーを開発した。

表１

テリオスシーラー性能試験一覧表

項

目

試験方法

試験結果

付

着

強

さ

JIS A 6909-6.10.2

N/mm （ 鋼板）

1.5 ( 0.3 以上合格)

塗

膜

硬

度

JIS A 5400-6.14 (鋼板)

H

耐

洗

浄

性

JIS A 6909-6.14

異常なし

2

耐

水

性

JIS K 5668-5.9 浸 漬１ヶ月

異常なし

耐

酸

性

JIS K 5400-8.22/ 6% 塩 酸水溶液ｽﾎﾟｯﾄ 24 時間

異常なし

耐 ア ル カ リ 性

JIS K 5400-8.21 飽 和消石灰水溶液浸漬１ヶ月

異常なし

吸

水

性

促 進 耐 侯 性
３．２

2

JIS A 1409-9g/m 24h

0.01

ｻﾝｼｬｲﾝｳｪｻﾞｰﾒｰﾀｰ 2,000 時間

異常なし

テリオスシーラーの品質試験結果

・試験項目：光沢率測定（デジタル変角光沢計，

以上に見られる通り，耐酸性，耐アルカリ性，

日本電色工業VP‑1D）

耐水性，耐湿性，耐塩水性については問題無い結・試 験 機：メタルハライドウェザーメーター

果が得られている。

（スガ試験機M‑6T）
・試験条件：1,000W/㎡（300‑400nm），照射時ブ

３．３

メタルハライドウェザーメーターによるラックパネル温度63℃,照射時湿度

耐候性評価試験範囲50％

促進耐候性試験をメタルハライドウェザーメー

・試験期間：平成14年5月21日〜7月31日

ターにより行い，光沢率の測定と目視による変色（黄変から褐変）を観て，判断の資料とした。

写真１

供試体は，スレート版に従来の有機塗料を塗布

体の設置

メタルハライドウェザーメータへの供試したもの３枚と，同じくスレート版常温ガラスコーティング剤を塗布したもの３枚を作成し，下記の通り促進化耐候試験を行った。
・試 料 名：１アクリル，２ウレタン，３エポキ
シ樹脂，４テリオスシーラー
・塗 布 量：１−３は，ウェットで360g/㎡，４は，50g/㎡- 55 -

表２塗料

メタルハライドウェザーメーターによる促進耐候性試験結果

ｱｸﾘﾙ

ｳﾚﾀﾝ

ｴﾎﾟｷｼ

0 時間

５１．１

５５．９

４９．８

７３．０

７８．０

７４．９

200時間

３７．４

５５．０

２．９

６２．８

６４．９

６１．２

目視*4

黄変小

黄変大

褐 変 と 40％

変化無し

変化無し

変化無し

２．１

５７．５

４９．６

５４．２

茶 色 に 変 わ 黄 変 と 一 部 褐 変 と 70％

変化無し

変化無し

変化無し

５７．５

５０．８

６０．７

曝露

ﾃﾘｵｽｼｰﾗｰ A *1 ﾃﾘｵｽｼｰﾗｰ②*1 ﾃﾘｵｽｼｰﾗｰ C *3

消滅
400 時間
目視

３１．０
る

600時間

１３．９
消滅

１１．６

消滅

１４．１

２．１

黄変無し
目視

濃 い 茶 に 変 黄変が進む 消滅が進む

変化無し

色
800時間
目視

光の分散反射

変化無し

有り
取り下げ

１２．９

取り下げ

50％ 褐 変 ，

５３．９

取り下げ

５６．３

変化無し

変化無し

消滅が進む
1000時間

１２．４

４９．３

５５．２

目視

消滅が進む

変化無し

変化無し

（測定は，滋賀県東北部工業技術センターによる）①：基材に直接テリオスシーラーを塗布した。
②：基材に水性プライマーを敷き，その上にテリオスシーラーを塗布した。
③：基材に油性プライマーを敷き，その上にテリオスシーラーを塗布した。
注１：目視は，黄変，褐変の度合いを観た。塗料は，全部クリアーを使用した。
４．研究結果り下げた。目視の状態を，２００，６００，１０

先に示した表２中に，各資料の時間経過と光沢度００時間で写真撮影し，写真２〜４に表示した。

の測定値を記載した。エポキシ塗料は，２００時
間経過で，約５０％塗料が焼け落ち，光沢度も１

写真２／２０となった 。（光沢度は，弱い部分の数値を経過結果表示してある ）。アクリルは，６００時間で褐色に変色が起こり，光沢度も１／５近くにまで落ち，
既に塗料特性を失っている。ウレタンは，４００
時間で光沢度が１／４強まで落ち，以後そのまま保持しているが，目視では，黄変から褐変に進み，塗料の焼け落ちが連続して起こり塗料特性を失っている。４００時間以降は，劣化が激しい。
テリオスコートは，３種類とも光沢保持率が７０％近くで安定しており，黄変も褐変も起こっていない。②は，６００時間でプライマーが，一部に剥離現象を起こし，光の分散現象がでたので，取- 56 -

メタルハライドウェザーメータ200時間

写真３

メタルハライドウェザーメータ600時間

黄変，褐変を起こさなかった。コンクリートでは無機のテリオスシーラーは，細孔の中に入り込む

経過結果

ため，今回のスレート版に塗布した耐候性試験の様に，全面負荷は掛からない。従って，実際の環境の中では，耐候性試験の数分の１となり，著しく優れた耐久性があるものと考えられる。

写真４

メタルハライドウェザーメータ1000時間

経過結果

５．まとめ
メタルハライドウェザーメーターによる促進化
耐候性試験では，有機物は，紫外線により劣化，分解を起こし，無機のテリオスシーラーは，変色，- 57 -

地域産業におけるデザイン創作支援
能登川支所

小谷

麻理

製品の企画開発からコンセプト作り、提案ができる企業の育成を目的に技術、情報、感性の三つの視点から支援をおこなった。
発想法的な効果をもたらし、新しい発想や斬新な１．はじめに性能的な差が殆ど見られない成熟市場では製品

アイデア開発となっている。特に最近は企業からの差別化は重要な販売戦略となっている。ユーザのパンフレットや展示発表用のパネル等のＰＲ媒

ーは情報の発達により製品に関する知識が豊富に体への企画相談が増加傾向にあり、ユーザーと生なり、製品に対する要望も高まり、企業は成熟化

産現場がより近づいているだけでなく、ユーザー

したユーザーにあわせ、成熟した製品を提案しなが製品にまつわる知識や情報、開発の背景やエピければならない。デザインは形態的な意匠開発にソードを価値として重要視して始めていることがとどまらず様々なセクションで活用しやすいツー考察される。今後、意匠開発だけの意味のないデルである。コンセプトの作成から提案、プレゼンザインではなく、このようなコンセプトや製品開テーションまで、さらに現在では製品そのものの発のストーリーなど魅力的、効果的に提案する重機能から、使い心地やユーザーの気持ちまで満足

要性、理由のあるデザインの質が求められることさせる仕掛けのツールとして、多角的にデザインが予想される。

を活用できるよう、技術、情報、感性の三つの視点から支援を行った。

２．内容①デザイン創作のための研究、支援
主にデザイン創作のための機器や書籍類を活用し支援を行った。
＜パネルと展示発表風景＞

一方、当センターの業務や企業の利用状況、産地の生産現場を撮影し、変貌しつつある生産現場の記録をおこなっている。これらの記録収集は、＜ﾃﾞｻﾞｲﾝ創作支援ｼｽﾃﾑ･ﾃｷｽﾀｲﾙﾃﾞｻﾞｲﾝｼｽﾃﾑ＞

湖東繊維工業（協）と連携し、写真展／産地から相談・依頼を、それぞれのテーマや課題に基づのメッセージ「繊維の現場」展として県内３カ所

き機器操作や資料閲覧だけを目的とせず、ミーテで発表した。今後も収集、分類、発表を継続させ、ィングを繰り返し、検討プロセスに重点を置いて画像を使用することで誰が見ても分かりやすく、支援した。その過程で企業は、コンセプトの絞り

効果的なＰＲ媒体に活用する他、継続する過程で込みをより明確に行えるようになり、会社関係者

産地の特徴の掘り起こし素材として新たな活用方

以外への説明能力も向上することに繋がった。ま法を検討する予定である。

た、様々な情報交換、意見交換を繰り返すことが58

らディスプレイ演習、展示会での提案を通して「検討」〜「考えを具体的な形にまとめる」〜「相手に伝わるよう表現する」を一連としたのプロセスを習得した。また、それぞれのイベント毎に担当責任者を決め、グループ間の連絡や外部との交渉、記録などグループリーダーとしての育成支援も行った。
＜写真展＞

②情報収集
タウンウオッチング等の市場調査の他、企業に有効と思われるデザインに関する書籍や資料等幅広い分野の情報を収集し、提案や指導に活用、企画担当者が必要に応じ自由に利用出るようデザイン検討室にて閲覧開放している。
＜近江の麻・のれん展＞

３．おわりにデザインに関する設備や情報を充実させても「どのようにデザインを使うか」が企業にとっては重要な課題である。
人材、コストすべてが揃っていても有効な活用＜デザイン検討室＞③デザインに関する支援

方法がわからなければ、デザインは無駄なツール

デザインを活用できる人材の育成を目的としてになってしまう。当センターでもより多くの企業、支援している。個々の企業やグループの生産物、人材に「デザイン」を活用しやすいを環境提供が販売先、問題点など様々なこと例に合わせ大学重要であると考え、様々な手法で「デザイン」を（成安造形大学）や他機関の協力を得て、年間支地域産業へ提案してきた。創造を形へ、形を製品

援、課題別支援、技術支援と３段階に分けている。 へ、製品を提案するためにはやはり優れた「使い＜支援事例＞

手」が必要と考え、人材の育成に重点をおいて支

湖東繊維工業（協）女性部

援を行っている。

平成10年度に設立し、5年間に渡り様々なグル

製品の差別化により企業の個性化が求められるープ支援のモデルケースとしても継続支援してい背景で、自分たちに何が出来るかを見つめ直し企る。当初は色柄やトレンド情報等の勉強会からス

業にとって必要なデザイン、地域産業にとって必

タートし、イベントへの参加や異業種交流等を経

要なデザイン、そしてその地域を支援するセンタて現在にいたる。その間、メンバーは事業を通し

ーは、模倣や受け売りではない「デザインの使いて特に興味を持った技術、カラーコーディネータ

手」にならなくてはいけない。

ー資格やパタンナー、縫製、フラワーアレンジメ
ント等の資格を取得し各々の業務にも活用している。今年度は、いかに魅力的な産地を提案するかを目的に、小規模産地にどのような可能性があるかを検討する課題に取り組んだ。企画書の作成か

59

絹を活用した新規素材の開発
鹿取善壽

絹は主に和装や洋装分野の衣料として全体の９５％が消費されている。しかし、
近年絹は優れた保温性や吸湿性、放湿性など機能性にも優れている素材であり、また皮膚疾患に対して効果が確認されるなど、注目される素材となってきた。
衣料分野は勿論のことバイオテクノロジーの進展とともに医療、化粧品等非衣料分野への活用や研究開発も盛んに行われている。
今回、絹の良さを活かした新規素材の活用を支援するためのシーズとして、試作
を行った。
１．目

的

である。その収縮力を活かすことによって、織物①野蚕糸（柞蚕糸）を活用した男物着尺地に伸縮性を持たし、膝や関節等のサポーターとし

家蚕糸（生糸）にはない深みのある光沢と、軽くてはりのある男物着尺の試作。

ての素材の試作。織物の設計規格を変化させることにより他への商品展開も考えられる。

②ハイブリッドシルクを活用した医療用副資材③ハイブリッドシルクを活用した健康関連素材

芯糸に超弾性糸のスパンデックス７ｄ、鞘糸に生糸３５ｄからなるハイブリッドシルク糸は、製

ハイブリッドシルクと浜ちりめんの技術を融合した健康タオル地等への素材の試作。

織後精練によって芯糸が収縮する特性を持った糸
２．試作概要設計概要①-1 野蚕糸（柞蚕糸）を活用した男物着尺地
たて糸
柞蚕糸・・・・３５ｄ／２
筬

６０羽／ 3.78cm
引込数

３本／羽

よこ糸
柞蚕糸１００％による変り緯糸（オール乾式撚糸）一越①-2 野蚕糸（柞蚕糸）を活用した男物着尺地
たて糸
柞蚕糸・・・・３５ｄ／２
筬

１００羽／ 3.78cm
引込数

２本／羽

よこ糸
柞蚕糸１００％による変り緯糸（湿式撚糸併用）
柞蚕糸１００％による変り緯糸（平糸）一越、変り三越- 60 -

②、③ハイブリッドシルクを活用した素材開発
たて糸
生糸・・・・４２ｄ／４／２（変りちりめん用平糸）筬

２０羽／ 3.78cm
引込数

２本／羽

よこ糸
②：本一越ちりめん用緯糸
二越③：本古代ちりめん用緯糸
二越３．結果と考察
№

緯

糸

製品重量

考

察

①ｰ 1

一越織

110g/㎡

光沢にも優れ、軽くて

①ｰ 2

一越織

137g/㎡

軽くて光沢は優れているが、風合いがやや硬い

①ｰ 3

変り三越織

124g/㎡

軽くて光沢は優れているが、風合いがやや硬い②ｰ 1

二越（一越用緯）−ソフトでさらっとした感触と伸縮性に富む②ｰ 2

二越（古代用緯）−

伸縮性はあるがやや剛性が強い

はり

もある

４．おわりに絹の良さを着尺だけに留まらずその有効性を十分発揮できる商品開発に活かせるようそのシーズとして提案を行った。

- 61 -