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次世代メカトロニクスシステムの開発− 32bit 浮動小数点 DSP と FPGA を使ったモータドライブシステムの開発−
A development of mechatronics system for next generation‑A development of motor drive system with using 32bit floating point DSP and FPGA‑

応用技術部 高橋 淳
大内 繁男
山本電気（株） 天野 耀鴻省エネルギーへの対応のために産業機器、情報通信機器、インテリジェント家電などの分野でモータシステムにおける省エネルギー化の重要性が高まっている。我々は、電磁界解析に基づいたモータ本体の小型化と高効率化、DSP や FPGA によるモータドライブシス
テムの高機能化によって次世代メカトロニクスシステム用のモータドライブシステムを開発することを目指している。
今年度は、平成 12 年度に開発した固定小数点 16bitDSP を使用したモータドライブシス
テム FMC0101 よりも演算速度が速く、各種の制御方式に対応できるハードウェアを持ったモータドライブシステム FMC0201 を開発した。FMC0201 は、TI 社製の 32bit 浮動小数
点 DSP と Altera 社製の FPGA を使用している。
FPGA には、3 相ブラシレスモータの制御回路、PWM 変調回路、タイマ回路、エンコー
ダ入力回路、A/D コントローラ、入出力ポートなどが含まれている。
今回開発したモータドライブシステムは、高度な制御手法を検証するシステムとして開発した。モータドライブシステムを商品化する場合には、目的に応じて FMC0201 の必要な部分を抜き出し、回路を最適化して安価な製品を作ることができる。応用分野としてはディジタル印刷機などの OA 機器や、産業用ロボットなどを予定している。
Key

words:ブラシレスDCモータ、IPMモータ、シンクロナスレラクタンスモータ、DSP、FPGA

1. 緒言
磁場解析に基づいて新しく開発するIPMモータやシンクロナスレラクタンスモータを制御するために必要なモータドライブシステムを、DSPとFPGAを使って設計製作した。高度な制御演算を高速に実行できる汎用的なモータドライブシステム開発装置として回路を設計した。
以下、2.では今回開発したモータドライブシステム
FMC0201について、3.ではモータ制御方式について、4.
ではFPGAを使ったモータインタフェース回路について説明する。

2. FMC0201の製作

図2

開発したモータドライブシステムFMC0201の構成を図1に示す。制御演算を行う演算部にTI社製32bit浮動小数点DSPのTMS320C6711を使用し、モータ用インタフ
ェースにAltera社製APEX20K400Cを使用した。DSPの外部メモリとしては、128kバイトのフラッシュメモリと256MバイトのSDRAMを搭載している。各種のモータ制御方式開発に使用できるように、汎用性を重視して設計した。図2にFMC0201の外観を示す。
FMC0201には以下のような特徴がある。
浮動小数点DSPを用いることによって、桁数を考慮することなくプログラム開発ができる。
外部メモリが大容量なので、大量のデータを扱う行
列計算にも対応できる。
内部回路を書換え可能なFPGAを使用しているので、配線の変更をすることなく高機能モータ用インタフ
ェースの開発が容易に行える。
モータ端子の電流電圧を測定することができるので、センサレス制御に対応できる。
光学エンコーダの信号を入力することができるので、

モータ

D SP
T M S 320C 6711
or
T M S 320C 6211

モータ
ドライバ

FP G AA P E X 20K 400C

A /D

フラッシュ メモリ
メモリ
128k×8 64M×32

図1

モータドライブシステムFMC0201

光学エン
コーダ

モータドライブシステムFM C 0201の構成■1 

エンコーダの信号を使った位置制御や速度制御ができる。
C言語を用いてプログラム開発ができるので、アル
ゴリズム開発ツールが出力したC言語のソースコー
ドを利用することができる。
32bit浮動小数点DSPのTMS320C6711は、32bit固定小
数点DSPのTMS320C6211とピンコンパチブルである。
DSPを交換するだけで、安価な制御回路を製作できる。
モータドライバにはFETを使用し、10Aまでの電流を流すことができる。
A/Dコンバータの変換速度は1.6μ秒で、分解能は10ビットである。A/Dコンバータでモータ巻き線の電圧と電流をすべて測定できるようにしている。
プログラム開発にはC言語を用いている。プログラ
ムのダウンロードやデバックは、モータドライブシス
テムとパーソナルコンピュータをJTAGケーブルで接続して行える。

Vu
逆起電力

Vｖ

逆起電力

逆起電力

図4

3相ブラシレスモータの逆起電力

タ回転時の逆起電力を測定する必要がある。
FMC0201では、センサレス制御ができるようにモータ各相の電流と電圧が測定できるようになっている。
図4に3相ブラシレスDCモータの逆起電力波形を示す。
電流が流れていない相の電圧値と電流が流れている相の電圧値から以下のようにして逆起電力を求める。(1)

U相

vU

電圧Vu

iU
iW

図5

L
L

プログラム開発時の画面

L

図3にプログラム開発時のパーソナルコンピュータの画面を示す。プログラムのコンパイル、リンク、ダウンロード、デバック、レジスタの表示と内容変更、プログラムの実行、ステップ動作などが行える。

diU
dt
diV
dt
diW
dt

vN =

電圧Vv
iV

電流Iv

W相

vV

電圧Vw

電流Iw

モータ各相の電流と電圧+ RiU + M
+ RiV + M
+ RiW + M

1

電流Iu

V相

vN

vW

図3

Vｗ

diV
dt
diW
dt
diU
dt

+
+
+

diW
dt
diU
dt
diV
dt

+ eU = vU - vN

( 1)

+ eV = vV - vN

( 2)

+ eW = vW - vN

( 3)

vU + vV + vW

(4)(5)
e U = v U-v N(6)(7)
e W = vW-vN
センサレス制御の場合、逆起電力e
、e
、e
の極性が
u
v
w
3. モータ制御方式
磁場解析に基づいて設計したDCブラシレスモータは、 変化した時点で電流を流す相を切り替えることによってモータを駆動する。
回転子の位置を検出するセンサを使わないものと、正センサを使用しないことにより、センサと配線が不確な位置制御をするために光学エンコーダを使ったも要となり、価格を安くすることができる。高温多湿、のを考えている。用途に応じてセンサレス方式、また埃などが多い場所でセンサが誤動作することがなく、はセンサ付きで使用する。
悪環境での使用に耐えるモータを作ることが可能とな
センサレス方式でモータを制御する場合には、モーる。

■2 D SP

コントロール
ユニット

制御信号
ユニット

P W M ユニット

A /D
コントローラ

D SP

割り込み
ユニット

キャプチャ
ユニット

モータ
ドライバ

A /D
コンバータ

：制御信号

光学
エンコーダ

：搬送波

Q EP
ユニット

図6

FPGAに組み込んだモータインタフェース
図8

4. FPGAを使ったモータ用インタフェース
モータドライブシステムFMC0201のモータインタフ
ェースを組み込んでいるFPGA内の構成を図6に示す。
FPGA内に組み込んだモータインタフェースは、機能別に分けられた7つのブロックからなっている。

4.1

コントロールユニット

FPGA内の各ユニットは、コントロールユニットを通してDSPからの設定データを受け取る。DSPへA/Dコンバータや光学エンコーダから取得したデータを渡す
場合も、コントロールユニットを通して行う。
コントロールユニット内にはDSPから各ブロックへ
設定データを渡すためのレジスタと、DSPへデータを渡すためのレジスタがある。DSPからFPGA内のブロックへ設定データを渡すレジスタは、デュアルポートメ
モリの構造を採っており、DSPからのアクセスとFPGA
内のブロックからのアクセスが同時に行える。
DSPへデータを渡すレジスタは3段のFIFOの構造を採り、3回分のデータをデータの取得順に取り出せる。

4.2

制御信号ユニットとPWMユニット

モータの制御信号は制御信号ユニットでつくる。制
御信号ユニットでは、正弦波と、120°通電方式矩形
波、180°通電方式矩形波の発生回路を持っている。

PWM1

PWM3

PWM5

Iu
Iv
Iw

PWM2

Vu

Vv

PWM4

PWM6

図7

Vw

Ｍ

PWM変調

DSPから周期と位相の設定が行える。制御信号をDSPのソフトウェアで作って出力する事も可能である。
モータドライバは、図7に示すような構成になっている。6個のFETをON,OFFする事によりモータへ電流を流している。
PWM（Pulse Width Modulation）ユニットでは、制御信号ユニットで作られたモータの制御信号にPWM変調をかける。制御信号の大きさをパルス幅に変換した信号としてモータドライバへ供給する。
図8にPWMユニットで行うPWM変調を示す。PWMユニッ
トでは、制御信号のレベルが搬送波より大きい場合に"H"レベルの信号を出し、搬送波より小さい場合に"L"
レベルの信号を出す。パルス信号のデューティ比によりモータへの供給電圧を制御する。
PWMユニットは、搬送波を対称型搬送波、非対称型搬送波から選択でき、搬送波の周期の設定を行える。
モータの各相からの電圧、電流を取り込むタイミングを決めるために、搬送波に同期をとった信号を割り込
み信号として供給する。

4.3

A/Dコントローラ

モータの各相にかかる電圧、各相に流れる電流は、
A/Dコンバータによって、ディジタル変換され取り込まれる。A/Dコントローラは、A/Dコンバータの取り込
みチャネルの指定とデータ取り込みタイミングの設定を行う。DSPへA/Dコンバータのデータ変換完了を知らせるため、割り込み発生部へ変換完了信号を送る。

4.4

キャプチャユニットとQEPユニット

モータの回転状態をモニタする光学エンコーダからの信号は、キャプチャユニットとQEP（Quadrature
Encoder Pulse）ユニットでモータの回転速度、回転角、回転方向を検出する。光学エンコーダからの信号は図9に示すように、モータの1回転を等間隔に区切っ
たA相、B相のパルス列の信号と、モータが1回転する
たびにパルス信号を出すZ相の信号である。A相とB相

モータドライバ回路

3
■ 

θ
θ /4
Ａ 相

Ｂ 相

(A,B) =

(0,0) (0,1) (1,1) (1,0)

0,0

0,1

1,0

1,1

図9

QEPユニットによる回転方向検出

はパルス列の周期の1/4の位相ずれを持たせてある。
パルス列信号の周期を計ることでモータの回転速度を測定することが出来る。
キャプチャユニットでは、A相、B相のパルス列のエッジを検出し、エッジ間の時間をタイマで測定し、モータの回転速度を算出している。パルス列のエッジ検出の対象となるエッジは、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジ、立ち上がりと立ち下がり両エッジの中からから選択できる構造を採っている。
QEPユニットでは、A相、B相のパルス列からモータの回転角と回転方向を検出している。A相、B相のパルス列は周期の1/4の位相ずれがあるため、図9に示すよ
うに、回転方向によってA相とB相の信号からなる状態（A,B）の順序が決まる。
QEPユニットでは状態（A,B）の移行順序からモータの回転方向を検出する。モータの回転角は、状態（A,B）の移行順序と状態（A,B）の変化する回数から求めている。モータの回転角検出の分解能は、モータ1回転あたりのパルス数の4倍になる。

4.5

割り込みユニット

図10

FPGAの設計時の画面

ルを使用し、動作確認のためのシミュレーションや、
FPGAに書き込むための配置配線を行った。
FPGA内の回路は、階層化によるトップダウンで機能を細分化しながら設計を行った。

5. 結言
高度な制御演算を高速に実行できるDSPと、内部回路を自由に書き換えできる集積度の高いFPGAを使ってモータドライブシステムFMC0201を製作した。プログ
ラム開発はC言語を利用することができる。
今回製作したシステムでは、センサレス制御や、光学エンコーダを使った正確な位置制御、速度制御など、各種の制御方式を実現できる。
FMC0201は、磁場解析に基づいて開発する新しい構
造のIPMモータやシンクロナスレラクタンスモータを
ベクトル制御方式を利用して駆動することを目的に開発した。高度な制御演算を行い20000rpm以上の回転数での制御にも対応できる。
モータ制御システムを商品化する場合には、安価な固定小数点DSPに置き換えることも簡単にできる。
今後は、ディジタル印刷機の紙送り用モータの商品化を始め、各種産業用モータ、OA機器用モータ、家電
用モータへの応用を行っていく。

モータ制御を行う場合、PWMユニットからのPWM信号の同期信号や、A/DコントローラからのA/Dコンバータの変換完了信号などの同期信号をDSPへ供給する必要がある。
DSPへの割り込み信号は割り込みユニットで作られ、 6. 謝辞
FPGA内のブロックから出力される同期信号の中から自本研究に関して御指導いただいた岡山大学工学部電由に選択して出力することができる。
気電子工学科助教授小笠原悟司先生に感謝いたします。

4.6

FPGAの回路設計

FPGAの回路設計は、図10に示すようにブロック図や状態遷移図による動作記述により行った。ブロック図
や状態遷移図で記述した回路は、FPGAの設計言語であるVHDLへ変換する。VHDLに変換された動作記述ファイ

7. 文献(1) Texas Instruments Europe,"Implementation ofa Sensorless Speed Controlled Brushless DC
drive using TMS320F240",Texas Instruments
Incorporated,pp.1‑21,Nov.1997
■4 

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異素材の複合化縫製技術等の活用による高感性衣料の開発−ニットと織物の結合による高感性衣料の開発−（特許出願中）Development of Highsensible Fashon Cloth-Development of the high feeling clothes by the fusion of the knit and clothi-

福島技術支援センター
菅野繊維
三与機業場

菅野陽一 野村隆
菅野 京一
三浦 与三郎

長沢浩

伊藤哲司

吉田正尚

東瀬慎

佐々木ふさ子

近年、感性的快適衣料（温感変色、光変色など）や生理的快適衣料（保温衣料、清涼衣料など）の分野で多くの機能性繊維素材が開発されてきました。我々は「高感性」「環境」
をキーワードに糸の素材開発、新しい縫製技術や複合化テキスタイルの製造技術を活用した高感性衣料の開発に取り組んでいます。業界や市場のニーズを取り入れた４つのサブテーマについて研究を行い３テーマのおいては最終目標である商品化までこぎ着ける見通しが立ちました。今回は、「ニットと織物の結合による高感性衣料の開発」について報告します。
Key words:高感性衣料、ニットと織物の結合

１．緒言

３．編物と織物の結合方法

安価な輸入製品の量的拡大で厳しさを増している繊維衣料業界でありますが、新しい技術や斬新な企画を駆使することにより消費者の求める製品（高感性衣料）を開発して輸入品に対抗することは十分可能です。繊維業界には高度な技術力や企画開発力による製品の高付加価値や高感性化が求められており、新しいファッ
ション高感性衣料を市場は望んでいます。
このような考えから製品の独創性、機能性に特化した製品開発として「ニットと織物の結合による高感性衣料」の開発を行いました。
この商品開発による高感性衣料の登場は福島産地に新たな活力と雇用を創造する力を与えることになります。

基本的な編物と織物の模式図、特長を図１、２に示します。

図１ 編物：平（天竺）編み
特長：伸縮性、フィット性、屈曲性が良い

２．商品開発の経過
現在、ニット地に織物を縫合して、機能性やデザインを付加したニット製品は市場に出回っていますが、これらの縫合技術は、本縫いミシンやオーバーロック
ミシン等により編地部分と織物部分とを重ね合わせて、この部分を縫合して一体化させています。しかし、生地と生地を重ね合わせているために縫合部分の縫い目がきれいに仕上がらず、仕立て映えがあまり良くない等の他、縫合部分が肉厚となり、着心地が良くないな
どの問題がありました。
当所では、編地と織物を別個に作りこれらを重ね合わせて縫製する方法ではなく、織物から横編機を用いて編物を直接編み出すことにより縫い目をなくし、仕立て映えと着心地が良く、編物と織物の両方の特性を一枚の生地に結合させる製造技術方法を開発しました。

図２ 織物：平織り
特長：しなやかさ、コシ、ハリがある

当所では、この組織構成の異なる編物と織物を縫い合わせることなく一体化する技術を開発しました。
有杼織機を用いて織上げた織物の両端の耳部は、ヨ

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コ糸が連続で繋がっておりループ状になっております。
（図３−１参照）
この耳組織部分内側に隙間を作り、横編機の編み針を掛けて織物部から編成を開始して編物と織物を一体化させます。
この耳部内側の隙間の作り方と編物と織物を一体化に結合する技術を報告します。

３．１

織物耳部の隙間の作り方

編物と織物を一体化するためには織物の耳の部分に横編機の編み針を挿入するための隙間を作る必要があります。この隙間の作り方は編物、織物の種類により２通りの方法があります。
３．１．１ 隙間の作り方（第一の方法）
織物の両側に形成された耳組織の端部内側部分のタ
テ糸にポリビニルアルコール系繊維などの水溶性繊維を入れて織り込み、精練仕上げや染色加工時に水溶性
繊維の溶解温度より高い温度で処理し溶解することにより隙間を形成します。
図３−１に示すように、タテ糸とヨコ糸により織物が作られます。この場合にヨコ糸によって構成される
織物の両側の耳組織の端部のタテ糸を数本を残して、この内側に数本のポリビニルアルコール系繊維などの水溶性繊維をタテ糸として織り込みます。
そして、製織後に水溶性繊維の溶解温度より高い温度で織物を精練または染色加工することにより、図３−２に示すように水溶性繊維が溶解して除去された長孔状上の隙間が形成されます。
図３−１に示すように耳組織のループ状をなす端部に数本のタテを残して、この内側部分に隙間を形成したのは、ループ状端部に芯となるタテ糸が入っていな
いと、端部がよじれたりダレたりして、横編機の編み針が貫通する隙間を規則的に保持できないからです。
隙間の大きさは、横編機の編み針を挿入するのに必要な幅を形成し、このために水溶性繊維は、隙間相当分の本数を予め織り込んでおきます。
また、場合によっては、予め耳組織の端部内側部分のタテ糸を数本抜いて織機にセットしてから織り、直接、隙間を形成してから製織後に数本のタテ糸をずらして図３−２に示す状態にする方法でもよいです。

図３ー１

織物耳部の隙間の作り方（１）

図３ー２

織物耳部の隙間の作り方（２）３．２

編物と織物の結合方法

この隙間の出来た織物を図４に示すように、隙間が形成された耳組織を上にして横編機に取付けてセットします。次に横編機の編み針を隙間に通して、ここを編成開始点として織物の耳組織から編糸を編み針で引っ掛けて編み始めます。このようにして編物を編成していき図５に示すように織物と編物とが一体に結合して編織地が形成されます。

３．１．２ 隙間の作り方（第二の方法）
編物の編み目が粗いときは、端部のタテ糸は必要な
く織物の耳のループに直接編み針を掛けて編成しても構いません。
図４1
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編物と織物の一体化方法

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図５

編物と織物の一体化模式図

４．編織地を使用した応用例
これらの技術を使った商品化を図るために編物部分を菅野繊維 （代表取締役：菅野暁 二本松市北トロミ）、織物部を三与機業場（代表取締役：三浦与三郎
福島市立子山）で共同研究開発を行い試作品を作りました。（写真１、写真２）
４．１編織地設計書
試作品Ａ（写真１）
素材（編織共通）：アセテート、ウール、ナイロン、エステル
織物使用筬：２０羽／曲尺
６．６羽／ｃｍ
通し巾：４２．４ ｃｍ
総羽数：２８０羽
総本数：２８０本
織物組織：平
整経機：全自動サンプル整経機 鈴木ワーパー

写真１

試作品Ａ

写真２

試作品Ｂ

試作品Ｂ（写真２）
素材（編織共通）：エステル、アセテート
織物使用筬：１２羽／曲尺 ４．０ 羽／ｃｍ
通し巾：２６．５ ｃｍ
総羽数：１０８羽
総本数：１０８本
織物組織：平
整経機：全自動サンプル整経機 鈴木ワーパー
試作品Ａ・Ｂは、織物の耳部分から編地が直接形成されるために、織物から編物への素材の切り替え部分に縫い目の段差がなくスムーズで、しなやかさ、コシ、ハリが求められる織物と、伸縮性やフィット性、屈曲性が要求される編物の両特徴を生かされており、着心地が良く、仕上がりも美しく、衣服・衣類のファッシ
ョン性の多様化を可能にすることができました。

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５．結言
タテ糸の端部内側部分にポリビニールアルコール系
繊維などの水溶性繊維を入れて有杼織機を用いて織上げ、製織後に水溶性繊維の溶解温度より高い温度で精練又は染色加工して除去することにより、織物の耳組
織部の内側に横編機の編み針を挿入する隙間を形成します。この織物の隙間に横編機の編み針を通して編糸を引っ掛け、ここを編成開始点として編み始めること
により織物と編物とが一体に結合した編織地を形成することができます。
この編物と織物の結合を結合する技術を平成１２年度に特許申請しまして、現在、特許出願中です。
この方法によって作られた新規格製品は、従来の製品に比べて縫い目がなく仕立て映えと着心地良い製品となり福島県ブランドとして新たなる需要が期待できます。
実際、県内のニット業者が２００２年度秋冬物の商品化に向けてアパレルメーカーと商談中で、かなり新商品化に手応えを感じているとのことです。
今後もこの結合化技術を利用した様々な商品を提案していきたいと思います。

５．謝辞
本研究の試作開発に当たり、デザイン等ご協力いた
だきました アトリエＣ．Ｋ．Ｃ／インターファクト
リーの大宮美幸先生に深謝致します。

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県産農産物を利用した機能性食品の開発(第３報)−大豆リポキシゲナーゼの不活性化と各種デザート類の試作−
Deplopment of the Physiologically Functional Foods Using the Agricultural Products
from Fukushima Prefecture（ Part ）-Inactivation of Soybean Lipoxygenase and Production of Various Desserts-

会津若松技術支援センター 遠藤浩志・大野正博（現
日本獣医畜産大学食品科学科 金子憲太郎
福島県農業試験場 丹治克男・二瓶直登
株式会社郡山とうふセンター 三坂富男
福島県酪農業協同組合 阿部一博
東北農業研究センター 島田信二

企画情報部）

東北 126 号の高イソフラボン性を活かすため，青臭み生成の原因であるリポキシゲナーゼの不活性化法について検討した。その結果，製造現場で適用しやすい不活性化法を確立することができた。この技術を東北 126 号に応用して豆乳を調製し，これを用いて各種のデザートを試作した。試作品は脂質過酸化度が低く，官能的にも青臭みが少なかった。東北 126 号によるリポキシゲナーゼ不活性化処理豆乳は青臭みの少ない高イソフ
ラボン含有素材として更に多くの食品への利用が可能である。
Key words:大豆，大豆加工食品，豆乳，イソフラボン，リポキシゲナーゼ

１．緒言

スズユタカを 20 ℃の蒸留水に 16 時間浸漬後，蒸気
加熱処理または温水でのブランチングによりリポキシ
ゲナーゼの不活性化を試みた。不活性化の効果は処理後に調製した豆乳の脂質過酸化度から判定した。蒸気
加熱処理は相対湿度 90 ％で温度を 60 〜 85 ℃に調製した恒温恒湿器（三洋電機製，MTH-4400）に 10 分
間静置する事により行った。ブランチング処理は大豆を 60 〜 85 ℃の温水に 2 分間，または沸騰水に 4 〜
30 秒間浸漬する事により行った。加熱後の大豆は速やかに冷水にて冷却した。

高齢社会の進展や生活習慣病の増加にともない，健康食品に対する関心が高まっている。こうした中，大豆の持つ様々な生理機能 1) 2)が注目されている。本研
究は，骨粗鬆症や更年期障害，更に各種ガンのリスク軽減に効果 3) 4)があるとされる大豆子実中のイソフラボンに着目し，県産大豆を利用してイソフラボン含量が高く，嗜好性に優れた加工食品を開発し，地域特産化することを目的としている。著者等はこれまで，豆乳のイソフラボン含量は原料大豆に高く依存する事，また，東北 126 号は高イソフラボン含量豆乳の原料として適していることを報告した 5)。
本年度は，豆乳，豆腐の青臭みの要因とされるリポ
キシゲナーゼの不活性化技術の開発を試みた。また，
リポキシゲナーゼ不活性化処理した東北 126 号から調製した豆乳を用い，カスタードプリンなどのデザートを試作し，その嗜好性を検討した。

２．３．豆乳の調製法
豆乳は沼田6)の方法に従い，大豆100ｇを6倍加水で磨砕した後に加熱してから圧搾する事により調製した。

２．実験方法
２．１． 試料平成 12 年度に福島県農業試験場で栽培したスズユ
タカ，東北 126 号，東北 135 号（リポキシゲナーゼ全欠失系統，以下リポ欠大豆）を選別，乾燥・調整後，冷蔵庫に保存し，必要に応じて使用した。試作に使用したプリンの素，ババロアの素，牛乳，砂糖，粉末アーモンド，寒天等の製菓材料は，市販品を使用した。
また，市販の豆乳，調製豆乳，豆乳飲料，洋生菓子等，計 8 点を成分分析に供した。

２．４．大豆，豆乳および試作品の分析
豆乳は直接，大豆は小型粉砕機で 32M 以下に粉砕した大豆粉末を分析に供した。タンパク質はケルダー
ル法，固形分は 100 ℃，5 時間乾燥法で測定した。イソフラボン含量と脂質過酸化度はそれぞれ HPLC 法
及びジエチルチオバルビツール酸法で測定した。
２．５．デザート類の試作
不活性化処理した東北 126 号から調製した豆乳を主材料として表１の素材配合表でカスタードプリン，黒ごまプリン，ババロア，杏仁豆腐を試作した。処理豆
乳には 100 ℃ 30 秒間ブランチング処理後調製したものを用いた。

２．２．リポキシゲナーゼの不活性化

1
9
■

 

種
ｶｽﾀｰﾄﾞ
ﾌﾟﾘﾝ
黒ごま
ﾌﾟﾘﾝ
ﾊﾞﾊﾞﾛｱ

杏仁豆腐

類
対照区
処理豆乳区
未処理豆乳区
対照区
処理豆乳区
未処理豆乳区
対照区
処理豆乳区
未処理豆乳区
対照区
処理豆乳区
未処理豆乳区*1 市販のミックス及び製菓材料

表１
ﾐｯｸｽ*1
(g)
60
60
60
70
70
70
70
70
70
84
84
84

デザート類の原料組成
卵黄
水
牛乳
豆乳
(g)
(ml)
(ml) 処理(ml)*2 未処理(ml)*3
−
−
400
−
−
−
−
200
200
−
−
−
200
−
200
−
−
400
−
−
−
−
200
200
−
−
−
200
−
200
18
−
400
−
−
18
−
200
200
−
18
−
200
−
200
−
300
300
−
−
−
300
150
150
−
−
300
150
−
150

*2 100℃30秒の不活性化処理後調製した豆乳*3 不活性化処理せず定法により調製した豆乳

２．６．試作したデザート類の官能評価
会津若松技術支援センター職員 15 名をパネリスト
として，試作したデザートの豆乳臭を評点法で評価し
た。

90

25

20

80

15
70

３．実験結果及び考察

10

３．１．蒸気加熱によるリポキシゲナーゼの不活性化
表２は蒸気加熱処理したスズユタカとリポ欠大豆の東北 135 号から調製した豆乳の成分値である。

脂質

60

5

0

表２ スズユタカと東北135号から調製した豆乳の成分
成分
ｽｽﾞﾕﾀｶ 東北135号
豆乳収量(g)574551
蛋白質(%)
4.56
4.61
蛋白抽出率(%)
80.5
81.4
固形分(%)
10.3
10.3
固形分抽出率(%)
67.6
66.0
脂質過酸化度(n mol/ml)
17.4
4.7
豆乳の収量，タンパク質，タンパク質抽出率，固形分，固形分抽出率は品種間での差異がほとんどなかった 。 し か し ， 脂 質 過 酸 化 度 は ス ズ ユ タ カ が 17.4n
mol/ml，東北 135 号が 4.7n mol/ml と大きな差が見られた。この結果，リポキシゲナーゼの不活性化は，豆乳へのタンパク質と固形分の抽出率を損なわず，脂質過酸化度を 5n mol/ml 前後にすることを基準にできると考えた。
そこで，60 〜 85 ℃で 10 分間蒸気加熱したスズユ
タカから調製した豆乳の脂質過酸化度，タンパク質抽出率，固形分抽出率を測定し（図１），リポキシゲナーゼの不活性化と処理温度の関係を検討した。

50
60

65

70

75

80

85

蒸気加熱温度（℃）
脂質過酸化度

図1

ﾀﾝﾊﾟｸ質抽出率

固形分抽出率蒸気加熱処理した大豆（ｽｽﾞﾕﾀｶ）から調製した豆乳の脂質過酸化度，ﾀﾝﾊﾟｸ質抽出率，固形分抽出率

処理温度が 65 ℃以上になると脂質過酸化度が急激に低下し，75 ℃になると約 3n mol/ml，それ以上の温度では変化がなかった。
一方，タンパク質と固形分の抽出率は加熱温度 80℃までは緩やかに， 85 ℃以上になると急激に低下した。80 ℃での減少はタンパク質抽出率が約 6 ％，固形分抽出率が約 4 ％であった。以上の結果から蒸気加熱処理による最適不活性化条件は 75 〜 80 ℃，10 分と考えた。
３．２．ブランチングによるリポキシゲナーゼの不活性化製造現場で容易に適用できる方法としてブランチン
グによるリポキシゲナーゼの不活性化を検討した。表3 は 60 〜 85 ℃の温水で 2 分間ブランチングし，直ちに冷却してから調製した豆乳（スズユタカ）の成分値

2
0
■

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である。

できる事が分かった。

表３ ブランチングしたスズユタカから調製した
豆乳の成分
ブランチング温度
成
分
60〜
70〜
80〜
65℃
75℃
85℃
豆乳収量(g)570553524
蛋白質(%)
4.56
4.48
4.42
蛋白抽出率(%)
80.0
76.2
71.2
固形分(%)
10.0
9.9
9.8
固形分抽出率(%)
65.3
62.4
58.4
脂質過酸化度(n mol/ml) 25.5
4.4
3.6
70 〜 75 ℃，80 〜 85 ℃で 2 分間ブランチングした
場合，脂質過酸化度は 4.4，3.6n mol/ml であるのでリ
ポキシゲナーゼはほゞ完全に失活したと言える。しかし，80 〜 85 ℃ではタンパク質や固形分の抽出効率が極端に低下する。したがって，ブランチングを 2 分間とするなら不活性化の最適条件は 70 〜 75 ℃と言えよう。中間温度領域でのブランチングは，製造現場では困難な場合が多い。そこで，より簡易な方法として沸騰水中（ 100 ℃）でのブランチング処理を検討した
（図２）。
25

100

20

90

15

80

10

70

３．３．東北126号を使用したデザート類の試作
表１に基づいて図３に示した4種類のデザートを試作した。豆乳は沸騰水中で30秒間，リポキシゲナーゼ

図３

不活性化処理をした大豆から調製した。調整後の豆乳は収量が560ｇ（未処理豆乳は594ｇ），脂質過酸化度は5.7n mol/ml（同18.7n mol/ml），イソフラボン含量は64.7mg/100g（同59.1mg/100g）であった。
試作デザートと市販の豆乳製品の成分値を表４に示した。試作した 4 種のデザートはいずれも品目として市販及び試作豆乳製品の成分値
大豆固形分 ｲｿﾌﾗﾎﾞﾝ 脂質過酸化度
mg/100g n mol/100ml
豆 乳 1
8%以上
40.5
4.7
調製豆乳1
7%以上
34.5
7.8
市
2
7%以上
16.0
3.1
販 豆乳飲料1
4%以上
22.0
9.5
品
2
6%以上
32.0
11.8
3
4%以上
8.5
3.7
洋生菓子1
7.3
1.4
2
14.4
5.3
ｶｽﾀｰﾄﾞﾌﾟﾘﾝ
4%以上
32.4
2.5
試 黒ごまﾌﾟﾘﾝ
4%以上
29.6
2.5
作 ババロア
4%以上
30.2
2.4
品 杏仁豆腐
2%以上
16.4
1.3
品

脂質

60 ﾀﾝﾊ

5

0

50
0

10

20

30

ブランチング時間（秒）脂質過酸化度ﾀﾝﾊﾟｸ質抽出率

固形分抽出率

図 .2 ブランチングした大豆(ｽｽﾞﾕﾀｶ)から調製した豆乳の脂質過酸化度，ﾀﾝﾊﾟｸ質抽出率，固形分抽出率

脂質過酸化度は 20 秒までは緩やかに低下するものの大きな変化は認められなかった。しかし，20 秒以
降急激に低下しはじめ，30 秒になると 5n mol/ml に減
少した。また，豆乳へのタンパク質抽出率及び固形分
抽出率はブランチング時間の経過に伴い徐々に低下したが，30 秒間処理したものでもタンパク抽出率が約 6％，固形分抽出率が約 4 ％の低下に止まっていた。以上のことから，リポキシゲナーゼは沸騰水中で 30 秒
程度ブランチングすることによりほゞ完全に不活性化試作したデザート類

表４
名

市販品の大豆固形分とイソフラボンの値は表示値からの換算値
試作品の大豆固形分は豆乳の分析値から換算した値

は洋生菓子の部類に属する。そこで試作品と市販洋生
菓子を比較すると，試作品の脂質過酸化度は市販品と

21


■

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同程度であったが，プリン，ババロアのイソフラボン
は市販品の２倍以上含まれていた。また，大豆固形分が試作品と同程度の市販豆乳製品は試作品よりイソフ
ラボン含量が明らかに少なかった。

3)家森幸男：日本食に秘められた知力（りびんぐ社，東京）ｐ．13，31（1999）
4)家森幸男・太田静行・渡邊 昌：大豆イソフラボン（幸書房，東京）ｐ．66，107（2001）
5)遠藤浩志等：平成 12 年度 福島県ハイテクプラザ試
験研究報告，ｐ．10
6)沼田邦雄：東京都立食品技術センター研究報告，７，21（1998）

３．４．試作したデザート類の官能評価
表５は試作したデザートの豆乳臭について，１：強く，２：やゝ強く，３：弱く，４：非常に弱く，５：
感じないの 5 点法によって官能評価した結果である。
表５ 試作した豆乳デザートの豆乳臭の官能評価
品 名
牛乳100
牛乳50
牛乳50
処理豆乳50
未処理豆乳50＊
ｶｽﾀｰﾄﾞﾌﾟﾘﾝ 4.40
＊
3.47
＊
2.13
＊
黒ごまﾌﾟﾘﾝ 4.53
＊
3.73
3.67
＊
ババロア 4.67
3.80
＊
2.33
＊
杏仁豆腐 4.73
＊
3.67
＊
2.67
＊

有意水準5％で各試料間に有意差あり

4 種類のデザートはいずれも，牛乳 100 ％区，処理
豆乳 50 ％区，未処理豆乳 50 ％区，の順に豆乳臭が少ない傾向にあると評価された。各試料間の有意差検定を行った結果，黒ごまプリン以外の 3 種類のデザート
は処理豆乳 50 ％区と未処理豆乳 50 ％区の間に危険率5 ％で豆乳臭の強さに有意差が認められた。以上の結果から，100 ℃で 30 秒ブランチングした大豆から調製した豆乳を使ったデザートは，大豆臭が軽減されていることが明らかとなった。

４．結言
豆乳，豆腐の青臭みの要因であるリポキシゲナーゼの不活性化法を検討した。その結果，適切な条件での蒸気加熱とブランチング処理が極めて効果的な方法であることを見いだした。本法は大豆成分の抽出効率も良く，簡便なことから製造現場での活用が容易である。
また，東北 126 号から調製した豆乳を原料にして試作したデザート類は市販品と比べ，大豆臭が少なく，イ
ソフラボンも高含量であった。
参考文献
1)大久保一良：大豆の健康宣言（日本食品出版，東京）ｐ．81，121，155（2000）
2)河村幸雄・大久保一良：大豆のヘルシーテクノロジ
ー（光琳，東京）ｐ．59，93，129（1998）

2
2

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情報処理装置から発生するノイズの低減に関する研究
Suppr ession of Radiated Emission fr om Infor mation Technology Equipment
応用技術部

笹 山 淑 弘須 藤 尚 子ノイズ対策部品を使用しない放射ノイズ対策の一方法として、これまで基板のパターン
デザインによるノイズ低減方法を検証してきた。
得られた成果を活用し、USBキーボードを試作し、パターン形状によるノイズ低減技法の妥当性について検証を行った。

Key Words：ノイズ、パターンデザイン、屈曲部、ガードトレース、USB（Universal Serial Bus）

１．緒言
情報技術装置の技術革新は急速に発達し処理能力は飛躍的に向上したが、その一方で電磁ノイズによる機器相互間の電磁気的な影響が問題になっている。
ノイズ対策部品によらず、放射ノイズを低減するた
めに、平成11年度は基板上に屈曲部を有するプリント
パターンと放射ノイズの関係を調べ、基板のパターン
デザインによるノイズの低減効果を検証した1)。
平成12年度は、パーソナルコンピュータと周辺機器との接続に用いられるUSB（Universal Serial Bus）インターフェースがノイズの一因となっていることをふまえ、USBに利用されている差動線路のパターンデザ
インと放射ノイズの関係を調べ、先に得られた知見2）を元にパターンデザインによるノイズの低減手法を検証した。
本研究では、２年間で得られた成果を活用し、その検証としてUSBインターフェースを用いたキーボードを試作し、設計時からのパターンデザインによって低ノイズ化・低コスト化に寄与できることを検証する。
以下２．では実験方法について、３．では測定結果と考察について、４．では結言を記す。

試作基板には別図１の回路図に示した通り、ノイズ対策部品は使用していない。μPD72012の端子でプル
アップ、プルダウン接続している端子は、データシー
トではそれぞれ抵抗を挿入して接続するよう指示されているが、今回は基板から放射されるノイズの動静を調べることを目的としていたので実装しなかった。

２．実験方法２．１．試作基板
基板にはガラスエポキシ樹脂（FR-4 基板厚=1.6
比誘電率 εｒ=4.7）を用い、両面基板とした。基板はキーボード筐体の内部上側に取り付けることになるた
め、取り付けスペースの関係から基板の大きさを40×120 とした。
部品は基板表側のみに実装したが、キーボードのキースイッチフィルムと接続するためのコネクタのみ基
板裏側に実装した。
試作キーボードの概要をブロックで示したものを図
１、回路図を別図１、試作した基板の部品面、半田面
アートワークをそれぞれ図２、３に示す。

図２

緑色■
橙色■
水色■

2
7
■

試作基板部品面

図３ 試作基板半田面
USB信号ライン 赤色■ 電源3.3Vライン
電源5Vライン青色■ フレームグランド
グランド






 


差動線路からなるUSB信号線はこれまでの研究成果を活用し、線路長をなるべく等しくし、線路の屈曲部を面取りした。本研究ではUSB1.1規格を用いたため、USB2.0で定められているような、USB信号線のイン
ピーダンスコントロールは行わなかった。
USB信号線の差動線路は部品面と半田面に設けられたグランドベタパターンで囲まれるように設計し、ガードトレースとして十分機能するように配置した。
他の配線パターンについても部品面、半田面ともグ
ランドベタパターンで囲まれるように設計し、基板上でのノイズ低減とグランド電位安定のため可能な限り
グランド面積を大きくした。

[dB (μV /m )]
80

70

60

50

40
Level

30

20

10

0
30

50

100

500
F requency

２．２．放射電界強度測定
試作したUSBキーボード用基板をパーソナルコンピ
ュータ（Apple：iMac）にUSBケーブルを介して接続
し測定を行った。
放射電界強度は、当所の3m法電波暗室でVCCIで定める技術基準に従い測定した。基板は、部品実装面を上にし、キーボード筐体に組込まれる時と同じ向きで
高さ0.8mの木製テーブル上に水平に設置した。
測定周波数は30MHz〜1000MHzで、バイコニカル
アンテナ（Schwarzbeck：BBA9106）、ログペリオデ
ィックアンテナ（Schwarzbeck：UHALP9107）、スペクトラムアナライザ（Rohde&Schwarz：FSB）を用い、ピーク検波で放射電界強度を測定した。

図５

1000
[M H z]放射電界強度（垂直偏波）

図４、５に示したようにVCCIクラスＢの規格値に対して、約5〜6dBのノイズマージンを有する基板が製作できた。基板単体では規格に合致しており、これまでの研究成果を活用したパターン設計によるノイズ対策の効果が確認できた。

３．１．試作基板単体における放射電界強度
基板だけの特性を評価するため、筐体等による影響を受けないよう、キーボードの中には組込まず、またキースイッチフィルムも接続しない基板単体の状態で測定した。
放射電界強度の測定結果を図４、５に示す。図中、赤色の線はVCCIクラスBの規格値である。

３．２．試作キーボードにおける放射電界強度
３．１．で評価した基板と、茨城県工業技術センタ
ーで検討した低ノイズUSBケーブル3)を用いて、キートップを配置し打鍵等が可能な製品レベルのキーボードを試作し、製品レベルでの評価を行った。
キーボードの筐体の中には今回試作したUSB基板の他に、キーロックの状態を示すLED点灯用基板と、キースイッチフィルムが接続されている。
キースイッチフィルムを固定するため、板金がフィルム直下に設置されている。
USB基板とUSBケーブルには板金等による物理的なノイズ対策は特に行わず、基板をそのままの状態で筐体に組み込んだ。放射電界強度測定の結果を図６、７に示す。

[dB (μV /m )]80[dB (μV /m )]80

３．放射電界強度測定結果

70

70

60

60

50

50

40
Level

40
Level

30

30

20

20

10

10

0

0
30

50

100

500
F requency

図４

1000

30

50

100

500
Frequency[M H z]図６

放射電界強度（水平偏波）

2
8
■

1000
[M H z]放射電界強度（水平偏波）

 

[dB (μV /m )]80[dB (μV /m )]
80

70

70

60

60

50

50

40
Level

40
Level

30

30

20

20

10

10

0
30

50

100

500
Frequency

図７

0

1000

30

50

100

[M H z]500
Frequency

放射電界強度（垂直偏波）

図１０

1000
[M H z]放射電界強度（水平偏波）[dB (μV /m )]80

水平、垂直偏波ともVCCIクラスBの規格には合致しているものの、キースイッチフィルム直下の板金による共振が基板やケーブルに重畳し、40MHz、100M
Hz付近を中心に全般的にノイズが増大した。
製品では、基板由来以外のノイズが基板のパターン
やケーブルに重畳し、製品全体のノイズが増大することを避けるため、図８、９に示したように基板を板金のカバーで覆ったり、ケーブルにフェライトコアを取り付ける等の対策が必要となる。
図８、９に示した製品と同様の最小限のノイズ対策をしたキーボードの測定結果を図１０、１１に示す。

70

60

50

40
Level

30

20

10

0

30

50

100

500
Frequency

図１１

1000
[M H z]放射電界強度（垂直偏波）

基板のパターンやケーブルに重畳したノイズが低減
し、VCCIクラスBの規格に対し水平偏波で約8dB、垂直偏波で約10dBのマージンが得られた。実際の製品の評価には準尖頭値検波が用いられるため、電界強度はさらに小さな値となり、ノイズマージンが増加する。

４．結言
図８

図９

試作キーボード内部

試作キーボードの基板周囲

製品レベルのUSBキーボードを試作し評価を行った
ところ、最小限のノイズ対策でVCCIの規格に合致するキーボードが作製できた。パターン設計段階でのノイズ対策が、製品開発に有効であることが確認できた。
参考文献
１) 笹山、長尾：「情報処理装置から発生するノイズの低減に関する研究」平成11年度福島県ハイテク
プラザ試験研究報告書,p.11-p.14(2000)
２) 笹山、長尾：「情報処理装置から発生するノイズの低減に関する研究」平成12年度福島県ハイテク
プラザ試験研究報告書,p.24-p.27(2001)
３）大力、飯村、浅野：「シミュレーション活用によるノイズ低減技術の研究」 成果普及講習会用テキスト、p.33-p.35(2001)

2
9
■

 

30■ 

微生物による未利用資源の高度利用化（第２報）
Development of the ways to use unused food processing subproducts by using Microbes.
応用技術部 池田信也・鈴木英二・安川 真・桑田 彰
前年度の結果をもとに、重量、二酸化炭素、アンモニアガスの各センサーを取り付けた発酵槽を新規に製作し、発酵を適正に継続させるためのデータ収集等を行った。異常発
酵時に窒素源として硫安を投入することで、正常発酵へ移行することができた。また、発酵時に発生する主な悪臭物質であるアンモニアの生物分解除去試験を試みた。更に、脱臭装置内の腐葉土からアンモニアを取り込み、分解する微生物のスクリーニングを行い菌株一株を分離した。サンプルから菌体のDNAを抽出し、PCR法により細菌の16SrDNAを得た。得られた16SrDNAをクローニングし、コンポストの16SrDNAライブラリーを構築した。そのライブラリーを用いて、Gene Scan・DNA ladder解析・DNA Sequenceを行い、生ゴミ処理槽内で働く細菌群を特定した。また、Gene Scan・DNA Sequenceのデータを蓄積していくことで、混合細菌のGene Scanデータからも細菌が特定できるようになった。

Key

word：コンポスト、廃棄物処理、悪臭物質、生物分解、アンモニア、16SrDNA、群集解析

１．緒言「食品循環資源の再生利用等の促進に関する法律」
が2001年4月から施行され、特に、ゴミの年間排出量100t以上の事業所は排出量の削減枠が定められ、達成できない場合は罰則処置が講じられることとなっており、再資源化へ向けた取り組みが急務となっている。
著者らは、生ゴミ処理には電力以外のコストの増加を抑えることが重要であると考え、微生物を添加する
ことなく、特別な基材を必要としない方法を検討し、籾殻だけを用いて、安定運転させる管理手法について
知見1)を得た。また、発酵槽内の状態を調べ、適正な運転に必要な処理物の状態についても検討したところである。
今年度は、前報の結果、考察にもとづき、新たな発酵槽を製作し、管理手法の確立等について検討を行った。
一方、生ゴミ等発酵処理装置による問題点として、発酵段階における種々の悪臭物質の発生があげられ、この問題が周囲の生活環境を損ね、生ゴミ等発酵処理装置の設置拒否等の問題が問われ、有機性廃棄物の再資源化利用を困難なものとする可能性がある。
現在、生ゴミ等発酵処理装置に付属している脱臭装
置内では、腐葉土を用いて悪臭物質の生物分解を行っているところであるが、生ゴミ等発酵時における主な悪臭成分は、アンモニア、メチルメルカプタン、トリ
メチルアミン、嫌気的状態で発生する硫黄化合物に属する硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、低級脂肪酸のプロピオン酸、n‑酪酸、n‑吉草酸、i‑吉草酸である。その中でもアンモニアは悪臭の主因といえる。2）
そこで、アンモニアの、脱臭装置内腐葉土による生物脱臭試験を行った。また、腐葉土を用いた悪臭物質の生物分解の促進を図るために、脱臭装置内の腐葉土からアンモニア分解能を持つ微生物の分離を検討した。
また、微生物を利用する生ゴミ処理槽内では日々発酵が行われているが、それがどのような微生物群
によって行われているかを知ることは大変意味深い

ところである。
そこで、生ゴミ処理槽内の細菌群を把握するための方法として、Gene Scanによるフラグメント解析を用いること考え、そのためのデータベース構築として実験を行った。

２．実験方法２．１．新規発酵槽による発酵試験
２．１．１． 発酵槽について
前年度、発酵状態の観察時に、容積が減っているという外観を観察しただけでは発酵の正常、不良の判断ができないと言うことが判ったため、発酵槽自体を計量するセンサーを設置し、重量変化をとらえることとした。また、発酵の際、微生物から排出される二酸化炭素及び臭気として代表的なアンモニアガスについてデータを収集することを目的として、それぞれのセンサーを設置することとした。試験用に製作した発酵槽の概要は表1に示したとおりである。
図1に発酵槽の外観を示す、左から脱臭槽、発酵槽となっている。今回の実験では、ストレートタイプの
撹拌羽根を使用した。
２．１．２．試作発酵槽での発酵試験
今回製作した発酵槽の目標処理能力は前報１）と同様、
10〜15kgであり、生ゴミ(残飯)の提供を受けて、実験用投入試料とした。また、発酵槽の運転条件、分析用サンプルのサンプリング方法及び立ち上げ時の籾殻投入なども、前報1)と同様に行った。
２．１．３．成分の分析
水分は、秤量缶に試料の約5gを精秤し、120℃で2時間
乾燥し重容量の減少量をもって水分とした。
脂質については、発酵槽内物を有機溶媒抽出法により、脂質を抽出し、その容出量を調べた。また、サン
プルの水分量を計り、乾物中の脂質量として把握した。
発酵槽内の温度の変化、二酸化炭素及びアンモニアガ
ス濃度、重量については、発酵槽本体にセンサを取り付け、10分毎にデータを記録した。

3
1
■

 

発酵槽

制御

脱臭槽
排気
センサ

表1 発酵槽の仕様
仕 様
約150リットル
発酵槽温度・攪拌羽根の形状、数
外気温〜約70℃
量を変えられる（4本撹拌または5本）。
0〜7回転／分・撹拌羽根の回転時間
正転逆転可能（正逆転とも）の設定を記憶させ、自動運転ができる。
・発酵槽の状態を外部から監視できる。
微生物脱臭方式
強制排気方式二酸化炭素およびアンモ ・脱臭槽に入る前と、脱臭槽
ニアを通ったあとに設置。

図1２．２．脱臭について
２．２．１．脱臭装置について
脱臭装置は生ゴミ発酵処理装置内で発酵により発生した悪臭を、ファンにより脱臭装置内に導入し、高さ約5cmの二層の腐葉土層を下部から上部へ導き、腐葉土中に存在する微生物により脱臭を行い、この脱臭された空気を外気へ放出する構造となっている。
２．２．２．脱臭装置内の腐葉土中の菌数測定
実際に運転している脱臭装置内の腐葉土中の菌数測定を行った。菌数測定用培地として土壌抽出液寒天培
地3)に、腐葉土浸出液を添加した培地を使用した。
２．２．３．アンモニアを分解する微生物の分離
NH4HCO31〜10%、Glucose1%、Agar2%を含む炭酸水素
アンモニウム培地を使用し、腐葉土からアンモニアを分解する可能性のある微生物の分離を行った。
２．２．４．腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験(気相部)
腐葉土中に存在する微生物および分離菌による気相部のアンモニア脱臭効果試験を行った。試験は3.5リ
ットルのポットを使用し、表2に示す条件で試験を行ない、気相部のアンモニア濃度を測定した。これらを20℃、10日間培養し、日毎の気相部のアンモニア濃度を測定した。測定には2種類のアンモニアガス用ガス
テック検知管を用いた。

発酵槽外観

表２

腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験
条件(気相部)
Blank
A
B
C
腐葉土
−
200g
200g
200g
(水分49.4%含有)(殺菌)アンモニア水溶液
0.5ml
0.5ml 0.5ml 0.5ml(28%NH3)分離菌培養液
−
10ml
10ml
10ml
7
(2.4×10 /ml)
(殺菌) (殺菌) (1.2×106/g腐葉土)(3.5リットルポット･20℃培養)

２．１．４．C/N比
堆肥として田畑に施用する際、一つの指標として、
炭素率（炭素／窒素比＝C/N比。以下「C/N比」）がある。炭素分及び窒素分については、CHNS‑O元素分析装置 EA‑1108（Fisons社）を用いて、燃焼法により分析を行った。
２．２．５．腐葉土および分離菌によるアンモニア脱２．１．５．窒素源の投入による発酵状態の改善
臭試験(固相部)
従来から、自然環境下で生ゴミ等有機物の多い原料
腐葉土中に存在する微生物および分離菌による、腐を使って堆肥を作る場合、牛糞、鶏糞、硫安、石灰窒
葉土側(固相部)のアンモニア脱臭効果の試験を行った。
素などを添加し、窒素を補うということが行われてい試験は3.5リットルのポットを使用し、表3に示す条件
る。
で行ない、腐葉土側のアンモニウムイオン濃度を測定
窒素を補うと言うことは、すなわちC/N比を下げるした。
と言うことであり、微生物が利用しやすい栄養状態に
表３ 腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験するということであるが、発酵槽を使用した高速一次条件(固相部)
発酵の際にも、同様のことが言えると考えられ、石灰ABC窒素、硫安及び尿素という、安価で手に入りやすく、
腐葉土
200g
200g
200g
(水分49.0%含有)(殺菌)取扱いが簡単な窒素源を、異常発酵している発酵槽にアンモニア水溶液
0.5ml
0.5ml
0.5ml
投入し、その効果を試験した。
(28%NH )分離菌培養液
10ml
10ml
10ml
窒素分が、石灰窒素は21％、硫安は21％、尿素は(2.2×10 /ml)
(殺菌)
(殺菌)
(1.1×106/g腐葉土)
45％のものを利用した。
(3.5リットルポット･20℃培養)
異常時の内容物の全窒素は0.9％、全炭素は38％で、また、一般的にアンモニアを酸化する微生物はNH3
C/N比は42であり、C/N比が約20となる窒素量を計算し、 を無臭かつ有害なNO2‑、NO2‑を無臭かつ無害なNO3‑に酸
総重量に対して全窒素が2％になるよう、それぞれの化4)していくことが知られている。従って、アンモニ
窒素源の投入量を決定し、投入した。
3

7

3
2
■

 

ウムイオン(NH 4＋)濃度とあわせて亜硝酸イオン(NO2‑ )ることが示唆された。
濃度および硝酸イオン(NO 3‑)濃度を、初発と30日後に805測定した。測定にはメルククァント社亜硝酸イオンテ
70
ストおよび硝酸イオンテストを用いた。
4
２．３．ライブラリーの構築
60
２．３．１．生ゴミ処理
3
二酸化炭素（％）
微生物発酵型・横軸撹拌方式の生ゴミ処理機1)に、50
重量（ｋｇ）
食堂からの調理残さを投入。以下のような条件で運
温度（℃）
40
2
転した。
二酸化炭素
重量及び温度撹拌：正転15mins、逆転15mins、停止30mins
30
排気・通気：撹拌時
120
保温：30℃
撹拌調整材：籾殻
100
投入量：約15kg/day←日数（１ヶ月間）→
また、醗酵作用を促すための微生物資材の添加は
図4 二酸化炭素濃度、重量及び温度の変化行わなかった。
２．３．２．ライブラリーの構築
90
15
運転（2001年7月14日〜2001年8月29日）を行って80いる生ゴミ処理機からコンポストをサンプリングし、70定法によりDNAを抽出。ユニバーサルプライマーを用
10
温度
60
いて細菌の16SrDNAを増幅した。
二酸化炭素
TA‑Cllorning Kit（Invitrogen社）を用い16SrDNA
50
重量
5をクローニングした。
40
二酸化炭素（％）
温度（℃）及び重量（kg）
２．３．３．細菌の特定30
Forward側に蛍光（6‑FAM）をつけたプライマーで20
0
16SrDNAクローンをPCRし、16SrDNAの先頭に蛍光の付←48時間→
いたDNA断片を作製した。それを制限酵素HaeIIIで切
図5 投入時の二酸化炭素濃度と温度及び重量の変化
断 し 、 G e n e S c a n に よ る フ ラ グ メ ン ト 解 析、
この結果から、分解が行われることにより重量が減
DNA ladder解析を行った。Gene Scanには少し、発酵熱で品温が上昇しているのであり、撹拌や
ABI PRISM 310 Genetic Analyzerを使用。それらの結保温による水分の蒸散などの影響があるものの、それらが主因で重量の変動があるのではないことが明確に果をもとにクローンの分類を行い、異なる16SrDNAなった。つまり、見かけ上発酵槽内の処理物の容積がについてDNA Sequenceをし、その塩基配列からデー減り、分解したように見えても、温度の上昇が伴わな
タベース検索（MicroSeq Applid Biosystems社）にければ、発酵は正常に行われていないことがわかった。
より細菌を特定した。
３．１．２．アンモニア濃度について
３．実験結果及び考察
アンモニアセンサーについては、当初10分間隔で、
３．１．１．温度等について
１分間測定する予定であったが、処理物からの水分のまず、正常時（実験期間：2001年11月18日〜12月25
影響を取り除くことができず、正確なデータが出なか日）の温度、二酸化炭素濃度、及び重量の変化を図4った。検知管による計測では、発酵槽内雰囲気で正常に示す。
発酵時、最低で20ppm程度、最高400ppmを記録した。
測定結果から、温度の上昇と二酸化炭素濃度の上昇
また、脱臭槽からの排気は、20〜60ppm程度で小さくはほぼ同時におこっているように見えるが、生ゴミの変動していた。
投入間隔の状況を見た場合、図５に見られるように、
３．１．３．C/N比について
温度の上昇に先立って二酸化炭素濃度が上昇し、更に脂質及び水分と同じ実験期間の処理物の、全炭素及温度の下降に先立って減少していることがわかった。
び全窒素を計測し、計算から求めたC/N比の変化につまた、投入間隔における、重量の変化、平均温度
いて、図６に示した。
（品温）、平均二酸化炭素濃度等についての、相関行
製品のC/N比は、10〜20が良いとされ、あまり高い列を表４に示す。この結果より、投入間隔における重と、作物が窒素飢餓をおこすおそれがある。
量の減少量と平均温度との間の相関が最も大きく、処TMTM

理物の温度の上昇に伴って、重量の減少が起こってい

3
3
■

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表４

投入後の重量変化
平均温度
最高温度

各データ間の相関係数

投 入 後 の 平均温度
重量変化

最高温度

最高温度に 平 均 二 最高二酸化 最高二酸化炭
達するまで 酸 化 炭 炭素量
素量に達する
の時間
素量
までの時間

1.000

‑0.6110.863
1.000‑0.3890.0556‑0.0431‑0.2830.685
0.547

0.09960.378
0.486‑0.354
0.164
0.174

1.000

‑0.235‑0.428

0.505

1.000

0.801
1.000

0.0683‑0.0444‑0.7881.000

最高温度に達するまでの時間
平均二酸化炭素量
最高二酸化炭素量
最高二酸化炭素量に達するまでの時間

1.000

発酵処理中の処理物のC/N比を調べることで、判断が難しかった「どの時点で排出できるのか」、という判断の一つの目安になる。

える値が出た。しかし、データを見るとおり、発酵槽
内で分解され、投入に伴って増加していくものではな
いことがわかった。

50

6

50

5

45

4

40

全窒素

3

35

C /N 比

脂質（
2 ％）

40
全炭素

30
％
20

水分

30 水分（％）

1

10

25

0

20
0

0

6
3

0

6
3

8
7

13
9

16
14

20
18

22
21

27
24

30

8
7

13
9

16
14

20
18

22
21

27
24

30
29

日数

29

図７

日数

図６

脂質
乾物中の脂質

処理物中のC/N比の変化

今回の実験では、C/N比は10日目ぐらいから、投入
後約24時間で、投入前とほとんど同じ値を示し、特に炭素率は実験期間中、大きく変化していなかった。しかし、窒素率は上昇し、その結果、最終的なC/N比は18となった。
C/N比については、１ヶ月間の処理において適正な範囲になっているが、そのままの状態では、「アンモニア臭が強い」、「乾燥した野菜くずが残っている」、など、成分の調整が必要とされる状態であった。
３．１．４．脂質と水分
処理物中の脂質は、その濃度が高いと、作物の生育に影響を与えるので、その変化を調査しておく必要がある。
今回は、正常発酵している処理物中（実験期間：
2001年7月3日〜8月2日）の脂質について分析した結果を図7に示した。今回は、処理物を前処理しないまま分析し、その結果と水分換算した値の両方を表示した。
水分の変化についても、併せて表示した。
20日目に水分が大きく減少しているが、休日で投入が行われなかったためである。一般的に脂質は生の処
理物で約1〜2％程度だが、乾物計算すると、5％を超処理物中の脂質の変化

３．１．５．窒素源の投入による発酵状態の改善
発酵不良となった発酵槽へ、硫安、尿素、石灰窒素
をそれぞれ投入したが、温度上昇があり、その後正常発酵へ移行したのは硫安のみであった。
尿素においては、投入後すぐに温度が上昇するものの、すぐに温度が下がり、その後温度が上昇することはなかった。また、石灰窒素については、全く温度の変化が見られなかった。
硫安の場合は、一時的に温度が上昇するが、その後
１日から２日間ほど温度の上昇が見られなくなる。しかし、３日目頃から急激に温度の上昇が始まり、その後、３〜４日間温度の高い状態が続く。その状態が終息すると、正常時に認められる、生ゴミの投入ごとに温度の上昇・下降が見られるようになり、異常発酵から正常発酵へ移行することがわかった。
この硫安投入は、石灰によるpH調整後に、より一層の効果があり、このことは、アルカリ性の処理物中で硫安からアンモニアの分離する速度が速まるためと考
えられる。

3
4
■

 

の結果を図10に示した。
A,B,Cとの比較により考察すると、アンモニアガス
が腐葉土および腐葉土中の水分に吸着され、腐葉土中のアンモニウムイオンが増加するが、その後腐葉土中のアンモニアを酸化する微生物および添加した分離菌によりアンモニウムイオンが減少したと考えられる。
しかし、Cの減少量はBの減少量と同量であり、ここでは分離菌添加によるアンモニウムイオンの減少促進が確認できなかった。今後同試験にてアンモニアを連続的に添加し、アンモニウムイオンの減少を追跡し、分離菌添加によるアンモニア脱臭促進を確認する必要があると考えている。

55
50
45
40
温度（℃）
35
30
７

６

５

４

３

２

１

０

25

投入からの経過日数

図８

硫安を投入した際の温度の変化

(%)

2
1
0
40

0

1

2

3

4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5

6

7

8

9

10

35
30
25

NH 3

20

(ppm)

15
10
5
0

日数

A

図９

B

C

1400

1200

1200

NH 4＋

３．２．１．脱臭装置内の腐葉土中の菌数測定
実際に運転している脱臭装置内の腐葉土中の菌数測定を行った結果、腐葉土浸出液寒天培地にて2.4×109/g乾燥腐葉土の微生物が存在した。このこと
から脱臭装置内の腐葉土中にはかなりの微生物が生存していることがわかった。
３．２．２．アンモニアを分解する微生物の分離
高濃度のアンモニウムイオン存在下でも生育してくる微生物を1菌株単離した。この単離した菌株は運動性がある桿菌であった。
３．２．３．腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験(気相部)
NH 3

1400

B lan k腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験(気相部)

腐葉土中に存在する微生物および分離菌による、気相部のアンモニア脱臭効果の試験を行い、その結果を
図９に示した。A､B､Cともにアンモニア添加1日後には急激な減少をしていることから、アンモニアはポット内に添加してすぐに揮発し、このアンモニアガスは迅
速に腐葉土および腐葉土中に含まれる水分に吸着されたことが考えられる。
３．２．４．腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験(固相部)
腐葉土中に存在する微生物および分離菌による腐葉
土側(固相部)のアンモニア脱臭効果の試験を行い、そ

1000

1000

NO 2

1250

NO 3

1000

20℃
800

600

mg

800

30days

600

500

mg

400

400
250

0

250

200

200

0

0

0

NH 4＋ NO 2− NO 3

125
0

25

0

NH 4＋ NO 2− NO 3

NH 4＋ NO 2− NO 3

A

B

C

腐葉土

殺菌

未殺菌

未殺菌

分離菌培養液

殺菌

殺菌

未殺菌

試験前腐葉土図10250

NH 4＋ NO 2− NO 3

腐葉土および分離菌によるアンモニア脱臭試験(固相部)

３．３．１．ライブラリーの構築
生ゴミ処理槽内の様子は、発酵温度が上がり好気
発酵が行われている状態から、発酵温度が上がらず
水分過多で嫌気発酵になっている状態に変わっていった。このような状態から、ライブラリーには発酵槽内に存在可能な好気性菌から嫌気性菌までが含まれていると考えられる。
運転期間中の38日間にサンプリングしたコンポス
トから1278のクローンを得、コンポスト内に存在する細菌の16SrDNAライブラリーとした。
３．３．２．細菌の特定Gene Scanによるフラグメント解析から同じ長さに出現したクローンに分類し、さらに、DNA ladder解
析によってラダーパターンの違いによる分類を行った。その結果、426の異なる16SrDNA 断片を得、それらについてDNA Sequenceを行った。その塩基配列か
ら細菌の同定をした結果、84種類の細菌が特定された。その中には、自然界で多く見られる細菌や、肉、魚由来の細菌などが存在していた。
図11はGeneScanのフラグメント解析から数が多かったものについて、そのDNA断片長さ（ラダーパター
ンはDNA断片長さをもとに電気泳動のシミュレーショ
ンをしたもの）と細菌の同定結果を示したものであ
る。

3
5
■

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図11

Gene Scan法では、蛍光の付いたDNA断片のみが測定される（すなわち、16SrDNAの先頭から最初のHaeIII認識部
位までの長さ）。図は、Gene Scanによって測定されたDNA断片の長さと、その長さに現れた16SrDNA Sequenceのデー
タベース結果を示す。

４．結言
４．１. 発酵槽管理について・投入から、温度の上昇に先立って二酸化炭素濃度が上昇し、更に温度の下降に先立って減少していることがわかった。
・重量と平均品温の相関を調べたところ、見かけ上発酵槽内の処理物の容積が減り、分解したように見えても、温度の上昇が伴わなければ、発酵は正常に行われていないことがわかった。
・C/N比は、10日目ぐらいから投入後約24時間で、投入前とほとんど同じ値を示し、特に炭素率は実験期間中、大きく変化していなかった。しかし、窒素率はわ
ずかずつ上昇し、その結果、最終的なC/N比は18となった。
・処理物中の脂質は、生の処理物では、約1〜2％程度だが、乾物計算すると、5％を超える値が出た。しかし、投入に伴って増加していくものではないことがわかった。
・異常発酵中に窒素源を投入する効果について実験した。その結果、硫安に顕著な効果が見られた。

４．２．脱臭について
・実際に運転している脱臭装置内の腐葉土中の菌数測定を行ったところ、腐葉土浸出液寒天培地にて2.4×109/g乾燥腐葉土の微生物が存在した。
・炭酸水素アンモニウム培地を使用し、腐葉土からアンモニアを分解する可能性のある微生物の分離を試みたところ、高濃度のアンモニウムイオン存在下で生育してくる微生物を一菌株単離した。
・腐葉土中に存在する微生物および分離菌による、アンモニア脱臭効果のポット試験を行った結果、気相部
においては、アンモニア添加後に急激な減少が認められた。このことから、このアンモニアガスは迅速に腐葉土および腐葉土中に含まれる水分に吸着されていくのではないかと考えられた。
・固相部においては、アンモニアガスが腐葉土および腐葉土中の水分に吸着され、腐葉土中のアンモニウム
イオンが増加するが、その後腐葉土中のアンモニアを酸化する微生物によりアンモニウムイオンが減少し、アンモニアを脱臭していくのではないかと考えられた。
今後、単離した微生物によるアンモニア酸化脱臭能の確認を行い、その後コンポスト脱臭装置内の腐葉土にこの分離菌を添加し、悪臭分解の促進向上に努めていく方針である。
４．３．コンポスト内細菌の群集解析
今後、この結果を用いて生ゴミ処理槽内で働く細菌を群集としてとらえていく。すなわち、コンポス
トサンプルからDNAを抽出→蛍光付きのプライマーでPCR→種々の細菌の16SrDNAが混合したものを制限酵
素HaeIIIで断片化→Gene Scanによるフラグメント解析を行うという一連の作業をすることで、おおよその細菌群の特定が可能となった。
これにより、生ゴミ処理槽内の変化と細菌群との関係を調べ、連続発酵処理の制御法を確立する上での一助としてゆく。

５．謝辞
本研究の遂行に当たり、生ゴミをご提供いただいた株式会社メフォスに深謝いたします。

６．参考文献１）池田信也他：微生物による未利用資源の高度利用化 平成１２年度福島県ハイテクプラザ試験研究報告、
p28‑31、2001
２）(社)臭気対策研究協会：生物脱臭の基礎と応用‑改訂版‑、p30
３）土壌微生物研究会編：土壌微生物実験法、p380
４）山中健生：独立栄養細菌の生化学、 アイピーシ
ー、p92

3
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県産資源白土の高機能化−高機能シラスバルーンの製造技術の確立（第２報） −High-function of volcanic glass from Fukushima Prefecture-Establishment of manufacturing technology of high-functional Shirasuballoons( 2nd report)材料技術部 関根義孝 加藤和裕
丸中白土株式会社 紺野篤男 西坂直伸 紺野圭樹
県産資源製品であるシラスバルーンの高品質化を目指して、前処理乾燥装置を実際の生産現場に導入し実験を行い、前回はほぼ 100 ％発泡したシラスバルーンを製造することが可能となった。今回さらに高強度化を目的に実験を行った結果、白土粉体内の水分量を制御することにより軽量かつ高圧縮強度を有するシラスバルーンの製品化が可能となった。
Key words:白土、シラスバルーン、前処理乾燥装置、高強度化

１．緒言
シラスバルーンは 1970 年に現在の産業技術総合研
究所九州センターで開発され、白土（シラス）を 1000
℃付近で急速加熱することによって得られる火山性ガ
ラス質中空体で、その軽量性、断熱性等を活かして、
建築壁材、塗料等の軽量充填・増量剤として現在約 2万トンの生産量がある。当所では、これまで県内企業と共同で新たな需要拡大のため、新製品開発を目指し
シラスバルーン製造の実験を行い、これらの成果をもとに現在マールライトの商品名で生産されるに至っている。
また、平成 10 年度からは発泡性の向上などの高品質化を目指した研究を行い、前処理乾燥工程を導入することにより、大きな効果が認められ 1)、これらの結果をもとに実際の生産現場に前処理乾燥装置を導入し、ほぼ 100 ％発泡するシラスバルーンを生産することが可能となった 2)。今回はプラスチック用フィラー等の新たな利用拡大を目指し、さらに高強度化を付加させることを目的に図 1 の開発スケジュールのもと実験を行ったので報告する。
目
標

平成１１年まで

平成１２年度

平成１３年度現在のシラスバルーン

高品質シラスバルーンの製品化

高機能シラスバルーン
の製品化

・発泡不足
・形状のばらつき・圧縮強度不足・発泡率の向上

・圧縮強度の向上
・粒径の均一化

新たな用途拡大

県内企業

プラスチック用
フィラー等

実用化への応用試験

実用化への応用試験

実機を用いた試験(前処理乾燥装置の導入）

前処理乾燥装置による調整
原料粉体の調整

高品質シラスバルーンの作製実験％以下)することによりバルーンの発泡を抑え、バルーンの肉厚を厚くして圧縮強度向上を図るという発想のもとに実験を行う。また、バルーン粒径の均一性が高ければ圧縮負荷はより均等になり、強度が増すと考え、実験に用いた白土原料は、市販製品の中で最も粒度幅の狭い丸中白土（株）製シルト#500（平均粒径 26.5μ m）を用いた。前処理乾燥装置性能を表1に示す。
今回の実験条件は前処理乾燥装置での粉体の処理量を70kg/h、前処理乾燥条件についてはこれまでの実験結果より、脱水効果の高い乾燥温度 275 ℃〜 325 ℃、保持時間を 15 分〜 120 分に設定し、発泡焼成試験は発泡性が最も良好な 1000 ℃で行った。得られた試験体

ハイテク プラザ

生産量の増大県産資源利活用

前処理乾燥工程の導入で大幅な品質の向上

物性試験
粒度分布、SEM等

表1 前処理乾燥装置性能

高機能シラスバルーンの作製実験
粉体内の水分量の調整等
物性試験

温 度 制 御 室温〜325℃；〜275℃内で±2℃制御

図1 実用化に向けての開発スケジュール
保 持 時 間 10min〜120min；±2min制御
処 理 方 法 連続自動投入式

２．実験方法処

今回図 2 に示すとおり、粉体内の水分量を制御(4

4
5

■

理

能 200kg/h 

の強度試験は 8MPa の静水圧、1 分保持で行った。これらの評価試験について、原料粉体内の水分量は灼熱
減量の測定、発泡性の向上及び強度性向上の良否はかさ 密 度 測 定 及 び 粒 子 密 度 測 定 、 走 査 型電 子 顕微鏡（SEM）観察にて行った。

1.2
無処理試料粒子密度3 )1.01.62g/cm3
0.8

３．実験結果及び考察

0.6
粒子密度(g/cm
0.4
0
30
60
90
乾燥保持時間(min)３.１.前処理乾燥処理試験
前処理乾燥条件の違いによる白土粉体内の水分量を
図 3 に示す。乾燥温度 275 ℃、300 ℃の場合、保持時
間を 30 分から 60 分まで変化させても水分量の減少が小さく 60 分保持しても 4 〜 5 ％であった。しかし乾燥温度 325 ℃の場合、保持時間が長くなるにつれて大幅な水分量の減少がみられ、30 分で約 4 ％、60 分では約 3 ％まで減少した。

275℃
300℃
325℃

5
4
灼熱減量(％)
3
2

0

30
60
90
乾燥保持時間(min)120

図3 前処理条件と白土原料水分量の関係
３.２.発泡焼成試験
上記処理粉体を用いて発泡焼成試験を行った。前処
理乾燥条件の違いによるかさ密度の変化を図 4 に示す。無処理試料に対して良好な発泡性を示しているが、処理温度が高く、保持時間が長くなるにつれ、発泡が抑えられ、特に 325 ℃処理試料は、その傾向が強く 120
分では無処理試料より発泡性が悪くなっていることわかった。

内部に閉じた空間を持つ場合はその空間も個体の一部とみなすこととなり、この数値が低いほど発泡性が良
く、割れの少ないバルーンということになる。275 ℃、
300 ℃処理試料は保持時間が長くなってもほぼ同じ値であり、325 ℃処理試料についても保持時間とともに上昇するが無処理試料と比較すると大幅に低い値であり、以上のことより発泡性の良い割れの少ないバルーンが作製されていることがわかった。
３.３.静水圧試験
図 6 に前処理条件の違いによる静水圧試験後の粒子密度の変化を示す。275 ℃、300 ℃処理試料とも保持時間が長くなるにつれ粒子密度が低くなっており、圧縮強度が向上しているのがわかる。また、325 ℃処理
試料についても保持時間 60 分までは最も低い値を示しており発泡を抑えることにより強度が向上してることがわかった。

1.2
3 )1.00.8
無処理試料粒子密度275℃
30.6 1.79g/cm
300℃
粒子密度(g/cm
325℃
0.4
0
30
60
90
120
乾燥保持時間(min)

0.5
3

)0.4
0.3
無処理
275℃
300℃
325℃

0.2
かさ密度(g/cm
0.1
0
30
60
90
乾燥保持時間(min)120

図5 前処理条件とバルーン粒子密度の関係

7
6

275℃
300℃
325℃

図6 前処理条件と静水圧試験後のバルーン粒子密度
の関係

120

図4 前処理条件とバルーンかさ密度の関係
次に前処理条件の違いによる粒子密度の変化を図 5に示す。ここに粒子密度とは粉末粒子の個体の密度で、次に 300 ℃及び 325 ℃処理試料での保持時間の違い
による静水圧試験前後のバルーン SEM 像を図 7、図 8に示す。加圧試験前では無処理試料が未発泡粉体の存在が多く観られるのに対し、300 ℃で処理した試料ではほぼ完全に発泡しているのがわかる。加圧試験後では 300 ℃× 30 分処理試料で表面に割れによる小さな孔が多く観られるのに対し、300 ℃× 60 分処理試料

4
6
■

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100

100.0
品位指数
80.0

80

60.0

60

品位指

40
40.0
非破壊率(wt％)
非破壊率
20
20.0
0
15
30
45
60
300℃×乾燥保持時間(min)

図9 保持時間と非破壊率及び品位指数の関係
100.0
80.0

100
品位指数

60.0

80

品位指

60

40.0
40
非破壊率(wt％)
非破壊率
20.0
20
0
30
60
90
120
325℃×乾燥保持時間(min)

図10 保持時間と非破壊率及び品位指数の関係
ンが混在しており今回の実験方法では均一化が図れなかった。
最後に 300 ℃及び 325 ℃処理試料での保持時間の違いによる非破壊率及び品位指数の変化を図 9、図 10に示す。ここに非破壊率とは次の式によって求められる。
Sc=100-(1/Dpa-1/Dp) /(1/2.35-1/Dp)× 100

では減少しているのがわかる。次に 325 ℃処理試料についても同様の結果が観察されたが、120 分処理試料
では未発泡粉体が多く観られた。またバルーン粒径の均一化についてはいずれの処理粉体でも大小のバルー

Sc:非破壊率(wt%)
Dp:試料の粒子密度(g/cm3)
Dpa:加圧後の試料の粒子密度(g/cm3)
また、品位指数は次式によって表され、この値が高いほど軽く(良発泡)、高強度であるということになる。
品位指数=Sc/Dp
まず 300 ℃処理試料であるが無処理試料に比べて非破壊率は低下しているが、品位指数が大幅に増加していることから無処理試料は発泡率が悪くて破壊が起きなかったためであり、保持時間が長くなるほど向上し、60 分では品位指数 90 近くまで上昇した。また 325 ℃
処理試料については非破壊率において保持時間が長くなるにつれて 46.9 ％から 85.3 ％まで上昇し、品位指数でも全ての保持時間で高い値を示しており、特に 60分処理試料では 96.5 を示した。しかし処理時間それより長くなると品位指数が低下するが、これは観察した SEM 像と併せて考察すると粉体内の水分量が過度に減少したため未発泡粉体が増加したためと考えられ
る。

4
7
■

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４．結言
以上から次のことがわかった。
(1)前処理乾燥装置で粉体内の水分量を制御することにより、軽量かつ高圧縮強度を有するシラスバルーンの製品化が可能となった。
(2)白土粉体原料の粒径幅を狭めてバルーン粒径の均一化を図ったが、十分な効果が得られなかった。
参考文献
1)関根義孝他：平成 10 年度ハイテクプラザ試験研究
報告、pp.35-38、1999
2)関根義孝他：平成 12 年度ハイテクプラザ試験研究
報告、pp.42-43、2001

4
8
■

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最表面観察手法の確立と生産工程への応用
Establishment of Observation Method of Top Surface and Application of Manufacturing Process
材料技術部 栗花信介 高瀬つぎ子
イオンプレーティング膜表面の形態を明らかにするため、走査型電子顕微鏡(SEM)及び原子力顕微鏡(AFM)などを用いて表面観察を行った。その結果、イオンプレーティング膜
表面には多くのドロップレットが観察された。AFM 観察では高さ方向を含めた表面の微細構造をよく表すことができた。また、ダイヤモンド研磨または微粒子によるショットピー
ニング処理を行うことにより、ドロップレットが除去されていることが観察された。特にショットピーニング処理では短時間の除去が可能である。
Key words:イオンプレーティング、ドロップレット、SEM、AFM、ショットピーニング処理

１．緒言
近年、表面形態・物性などの観察・評価装置が著しく進歩し、高倍率下での観察が可能になり、製造プロ
セスの改善や不良対策に一部利用されている。しかしながら、真の表面形態を観察する手法が確立されているとは言えない。表面形態を観察する方法の中で、走査型電子顕微鏡( SEM)は有効で一般に広く用いられている。また、原子間力顕微鏡( AFM)はシリコンのカンチレバーの先端に取り付けた尖った針を試料表面に近づけ、試料表面とカンチレバーの間にかかる原子間力(斥力)を検出する。それをカンチレバーの上下のたわみ量として捉え、大気中で絶縁物を高分解能で観察することが可能である。
アークイオンプレーティング法はイオン化率が高く、つきまわりがよく、密着強度が高い膜が得られるので、工具などには広く用いられている。しかしながら、アーク放電の際、ターゲット金属から飛び出る金属融滴(ドロップレット)が基材表面に付着し、表面粗さを増大させ、表面性状を劣化させる問題がある。ドロップ
レットの形態及び微小な凹凸は、工具摩耗や膜の摩擦・摩耗特性に影響を及ぼすことが考えられ、真の表面
微細構造を調べることは非常に重要である。

２．３．ドロップレットの観察及び評価方法
AIP の ま ま の 試 料 、 AIP+研 磨 を 行 っ た 試 料、
AIP+WPC 処理を行い表面状態を変化させた３試料について、金属顕微鏡や SEM、AFM 及び走査型レーザー顕微鏡( SLM)により表面の観察を行い、ドロップ
レットの形状、ドロップレットの有無、表面形態などについて調べた。また、表面粗さの測定を表面粗さ計と AFM 及び SLM により行った。AFM の観察では、試料表面を軽くたたきながら測定するタッピング法を用いた。この方法は試料表面の水分や自然酸化膜の影
響を受けにくく、表面形状がシャープに観察できるという特徴がある。

図１

試料の外観及び断面の観察

２．実験方法

３．実験結果及び考察

２．１．試料実験に用いた試料は超硬合金(WC‑2TaC‑ 6Co)で、
約 13 × 13 × 5 の大きさのチップを用い、アークイ
オンプレーティング(AIP)法により膜厚約 5 μｍの窒化チタン( TiN)膜のコーティングを施した。試料の外観及び断面の観察結果を図１に示す。

３．１．表面(ドロップレット)の観察
図２にイオンプレー
ティングのままの試料
表面を金属顕微鏡で観察した結果を示す。ドロップレットが多数存在しているのが確認された。大きいもので約10 μ ｍ の も の が あ
図２ 金属顕微鏡による観察
り、ほぼ円形をしている。このような粗大ド
ロップレットの存在は、少なからず製品に悪影響を及ぼすものと考えられる。
金属顕微鏡による観察では焦点深度が浅いため、高さ方向の情報が得られない。そこで次に SEM による観２．２．表面加工処理
ドロップレットを除去する目的でダイヤモンド砥粒による研磨及び微粒子によるショットピーニング処理(WPC 処理)を行った。ダイヤモンド砥粒の大きさは1 μｍで研磨時間を 3min または 5min とした。WPC
処理は約 50 μｍのセラミックス微粒子を用い、重力式による投射をエアー圧力 0.5MPa で 20s 間行った。

4
9

■

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察を行った。 SEM は焦点深度が深いので、立体的な像を低倍率から高倍率まで得ることができる。図３に加速電圧を 5 〜 25kV と変えた場合の二次電子像の観察結果を示す。加速電圧が低い方がより表面の状態を明確に表していることがわかる。低加速電圧では電子の進入深さが浅いため、試料表面の情報を多く含んだ像が得られる。表面加工処理により表面状態を変化させた３試料について、加速電圧 5kV で SEM 観察を行った結果を図４に示す。この図では AIP のままの試料で数μｍの大きさのドロップレットが多数存在している。ところが、研磨及び WPC 処理を行うことにより、ドロップレットが除去できていることがわかった。
特に WPC 処理では短時間での除去が可能である。ダ

5kV

イヤモンド研磨による加工面はかなり滑らかになっているが、WPC 処理材の表面は若干の凹凸、クレーターなどが見られる。
３．２．AFMによる表面の観察
AFM による表面(ドロップレット)の観察を行った
結果を図５に示す。観察領域は 30 μｍ× 30 μｍである。SEM 像と AFM 像(濃淡像)を比較してみると、ドロップレットの大きさ・形など良い相関が得られている。AFM の水平分解能は通常の SEM と比べても十分に高いため、表面の微細構造も明確に観察することができる。また、AFM では高さ方向の情報を３次元処理すると共に、数値情報も得ることが可能である。

15kV
SEM 像

AFM 像(濃淡像)

25kV
図３

SEMによる観察(加速電圧の影響)

AFM 像(立体像)図５

AIP のまま

AIP+Polish(5min)

AIP+WPC
図４

表面加工処理後のSEM観察

SEM･AFMによるドロップレットの観察

次に表面加工処理により表面状態を変化させた３試料について AFM 観察を行った結果を図 6 に示す。観
察領域は 2 μｍ× 2 μｍで、ドロップレットのない部分を観察している。AIP のままに比べ、研磨加工材の表面はなめらかになっており、研磨傷も観察される。
WPC 処理材の表面には衝突による微小な凹凸が形成されている。この観察結果からドロップレットを除いた部分の表面粗さは、WPC 処理材が一番大きい。
AFM における探針の状態が観察画像に及ぼす影響を調べるため、新しい探針と何回か測定を行い摩耗した探針で観察を行った結果を図７に示す。摩耗した探針では新しい探針での測定では見られなかった微小なステップが観察されており、表面状態を正確に表していないと考えられる。タッピング法では探針が試料表

5
0
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面に接触しているため、硬い試料の場合は、探針が摩合った位置の反射光のみを検出するため、AFM 同様
耗・破損する可能性があるため、注意する必要がある。 立体的な画像が得られ、形状測定や表面粗さ測定に広く用いられている。測定方式が非接触式であるため、試料を傷つけることもない。表面状態を変化させた３試料について SLM 観察を行った結果を図 8 に示す。
観察領域は 30 μｍ× 40 μｍである。分解能は AFMには劣るものの表面形態の違いをある程度把握できている。ドロップレットの大きさを計測してみると、大きいもので幅が 10 μｍ前後で高さが 2 μｍ前後であった。
AIP のまま

AIP+Polish(5min)

AIP+WPC
図６

AFMによる表面加工処理後の観察

図８

新しい探針
図7

SLMによる観察(30μｍ×40μｍ)

摩耗した探針カンチレバー探針摩耗の影響

３．３．SLMによる表面の観察
レーザー顕微鏡はレーザーを試料に照射し、焦点の３．４．表面粗さ測定
ドロップレットの形態が表面性状を劣化させる問題がある。表面粗さ計で表面粗さ( Ra:中心線平均粗さ,Ry:最大高さ)を測定した結果を図９に示す。 AIP のままではドロップレットの影響により Ra,Ry とも高

5
1
■

 

い値を示した。ダイヤモンド砥粒による研磨や WPC処理を行うことにより粗さの値は小さくなり、 WPC
処理材では AIP のままの半分の値になった。研磨加
工材では研磨時間が 3min より 5min の方が粗さは小さくなり、研磨時間が 5min の場合の粗さが WPC 処
理の粗さとほぼ同等になった。
SLM 及び AFM においても粗さ測定が可能であるが、この方法は JIS に規格化されている方法ではない。本
研究ではある観察面の平均面粗さ( Ra)を測定した。
このパラメーターは JIS で定義されている中心線平均
粗さ( Ra)を測定面に対して適用できるよう三次元に拡 張 し た も の で あ る 。 測 定 面 積 は 装 置 の 都 合 上、
SLM では 30 μｍ× 40 μｍ、AFM では 10 μｍ× 10μｍとし、ドロップレットのない部分を測定した。測定結果を図 10 に示す。図より AIP のままに比べ研磨加工面の粗さが小さくなり、逆に WPC 処理面の粗さが大きくなった。SLM と AFM では同じような傾向が見られた。また、図９の表面粗さ計による測定結果と異なる結果となったが、これは測定長さ(面積)が異なるためであり、表面粗さ計では計測範囲が長いため、粗大ドロップレットの影響を受けてしまう。したがってドロップレットのない部分の粗さを評価するにはAFM や SLM を用いるほうがよい。

４．結言
アークイオンプレーティング膜表面の形態を明らかにするため、SEM 及び AFM などを用いて表面観察を行ったところ、以下のことがわかった。
(1)アークイオンプレーティング膜表面には多くのドロップレットが観察された。
(2)AFM 観察では SEM 観察とよい相関が得られており、表面の微細構造を明確に観察することができた。
(3)ダイヤモンド砥粒による研磨や微粒子によるショ
ットピーニング処理を行うことにより、ドロップ
レットが除去できる。特にショットピーニング処
理では短時間で除去できた。
(4)ドロップレットのない微小部分の粗さを調べるには AFM や SLM などが有効である。
謝辞
本研究にあたり試料の提供及びご指導をいただいた
東芝タンガロイ株式会社 小林正樹技監、大友克久氏に感謝いたします。
参考文献
1)出水 敬ら：表面技術,49,974(1998)
2)池ヶ谷明彦：熱処理,41,217(2001)
3)鈴木康雄ら：放電研究,No.164,49(2000)

3.0
2.62
2.5
ｍ）

（
μ
2.
0
Ry

1.81

1.5

1.27

1.23

Ra ,
1.0
0.5
0.15
表面粗さ
0.0

0.11

A IP

polish(3m in)

0.06

R a(中 心 線 平 均 粗 さ）

図９

0.07

polish(5m in)

W PC

R y（最 大 高 さ）

表面粗さ計による面粗さ) 0.08
ｍ
μ
0.06
R a(
0.04
0.02

表面粗さ
0

A IP

P o lish (5 m in )S L M (3 0 × 4 0 )

図10

W PC

A F M (1 0 × 1 0 ) 単位:μｍ

SLM･AFMによる面粗さ

5
2
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e 4 (q ) = -esy (q ) + ewy (q ) - twx (q ) - twx (q ) × qP / 2p
bn1 = jn × ( P / 2p ) × cos jn , bn 2 = jn × ( P / 2p ) × sin jn
bn 3 = cos jn, bn 4 = sin jn

5

H ( w) = å ai × ejwji
R ( w) = M ( w) / H ( w)r ( q) = F - 1( R ( w))

q: f$gmnÉ0
tsx(q),tsy(q): c#$dÃl$ÄÕ)
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P: Cu·ÙÚ
jn: Cu·rc#$dÛ°É0w(1)9C c#$dº» mn(q)+& f$g¶qab r(q)+ 4 ÜAÝ*!J e1(q)~e4(q)4P¡*!:!"B4 9"8J 'A&
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ç ( Pj 1 / 2p ) sin j 1 ( Pj 2 / 2p ) sin j 2 ( Pj 3 / 2p ) sin j 3 ( Pj 4 / 2p ) sin j 4 ( Pj 5 / 2p ) sin j 5 ÷è a 5 ø ç 0 ÷èøè ø

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8rpm 45Fz"54z"8

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Motor DriverStage Drive Motor(AC Servo 100W)
Motor Driver

Measurement
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Drive Signal
Enc. Signal

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Board (2ch.)
Counter(24bit,2ch)

Limit SW.

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ADC(16bit,6ch.)
GP-IB
Board

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Computer

GP-IB
Probe (6ch.)

Amp.






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酵素重合型プレポリマーハイソリッド UV 漆塗料の開発とその応用研究
Research and the application research for the development of
the Enzyme Polimerization Prepolymer Highsolid UV URUSHI Paint
会津若松技術支援センター

須藤 靖典

出羽 重遠

平成１３年度に於いては２ヶ年計画の初年度であることから、酵素重合型プレポリマー漆を活用し、光重合性 UV アクリレート化合物との相溶性を検討しつつ揮発性有機化合物(VOC)を使用しない光重合性ハイソリッド UV 漆塗料の開発を行いました。その結果、酵素重合型
プレポリマー漆とウレタンアクリレート化合物との相溶性が良く、環境負荷の少ないハイソ
リッド UV 漆塗料を開発したことで、次年度に向けた実用的研究が可能となりました。
Key words : 漆、紫外線、光重合、アクリレート化合物、含漆ＵＶ樹脂塗料、カーテンフ
ローコーター、静電塗装、ノンソル、ハイソリッド、プレポリマー、VOC

１．研究の目的と背景

２. 研究の展開

１．１．環境問題への配慮と方向性
先に厚生労働省より、居住空間に於けるシックハウス症候群対策として室内に存在する複数の揮発性有機化合物の総量（TVOC）を低く押さえるための目標値が設けられると共に、有害化学８物質が示されたことで、これらの物質を含まない建築資材や建築方法が検討されつつあります。この様な状況下、塗料業界では「環境に優しい塗料や塗装方法」が最重要課題として位置づけられ、有害化学８物質に示されたトルエン・
キシレンを排除した Non キシレン・トルエン型塗料も開発され市販され始めています。これに対して平成
８年度、福島県と民間企業による産官共同研究で「環境対応型・光重合硬化性含漆塗料」をいち早く開発した実績を基に、本研究では漆塗料の風合い、機能性を維持しつつ揮発性有機溶剤を極力除去したハイソリッ
ド組成成分を主原料としたアクリレート化合物と漆塗料を使用することでより、「安全」で「健康的」なハ
イソリッド UV 漆塗料として公共物や病院、老人施設などを含めた住宅内装部材に積極的に活用を図る目
的で研究に着手しました。

２．１．酵素重合型プレポリマー漆の応用
従来、含漆 UV 塗料化を図る際には既存の素黒目漆(無油漆)の透と黒を使用ましたが、本研究では平成10
年度に県有特許として取得した「自動酸化重合型の漆塗料の製造法」(特許第3001056)を基に酵素重合型漆を精製し使用することとしました。この漆の特徴は、モノ
マー分を減少させることにより、ダイマー・オリゴマー
分を増加させ、漆特有の乾燥方法でもある「自動酸化反応」のみで自然環境中でも乾燥・硬化が促進される特徴を持つ漆です。期待される効果としては、ハイソリッ
ド化された塗膜は溶剤を使用した塗膜よりも厚く形成されることが予想され、光重合硬化以外に自動酸化反応が優れている酵素重合漆を使用することで、漆塗膜としての風合いは勿論のこと経時変化により強固な塗膜形成が期待できることから使用することにしました。

１．２．ハイソリッド化への問題解決
含漆 UV 塗膜に於ける揮発性有機溶剤の残存率は非常に低く、その理由として考えられることは、紫外線による塗膜硬化前の予備加温(30〜40℃)によって、塗装の際の有機溶剤の大部分が除去された結果と考えます。しかし、本研究では従来行っていた希釈やレベリ
ング(平滑性保持)向上目的のための溶剤は極力使用しないことで、塗料を変性する際の問題点として下記項目の解決が急務となりました。
均一な混合を行うための装置の確保。
良質な塗膜形成のための添加剤の検討。
(吹付け・カーテンフローコーター塗装対応)
光重合開始剤の均一な混合法。

２．２．ハイソリッドUVアクリレート化合物の応用
塗料中の揮発性有機溶剤は、一般的に作業性を向上させるための希釈剤として使用されています。揮発性
有機溶剤を使用しない場合は、高粘度で作業性が悪く
塗膜肌も様々な障害が起こりうる状況となります。しかし、紫外線硬化型塗料に於いては、平面塗装専用のハイソリッド塗料が開発され、NonVOC 化が可能となっています。また、平面塗装用であることからカー
テンフローコーターなどの専用機を使用した場合など
は、塗料のロスが殆ど無く、経済的でしかも揮発性有機溶剤成分がゼロに近いことと VOC 規制適合塗料とも言えることから酵素重合漆との相溶性を検討しながら含漆化を図るための検討材料として選択することとしました。期待される効果として、溶剤を使用していた従来型の含漆 UV 塗料も予備乾燥(30〜40℃)を行う
ことで大部分の揮発性有機溶剤を除去することができましたが、ハイソリッド化することにより紫外線を照射する前の予備乾燥が不要となり、作業の効率化と省力化、製品の均一塗膜が得られました。加えて、酵素

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４．試作研究

重合型漆との併用でより漆特有の質感や膜厚、高品質化が期待できることが確認されました。

３．酵素重合型プレポリマーハイソリッド
UV漆塗料の開発
３．１．塗料調合装置の検討
含漆化を図るべく第１段階として塗料の選択を行いました。その結果、漆には酵素重合型プレポリマー漆を使用し、選択幅が広い UV 光重合性アクリレート化
合物ではウレタンアクリレート化合物を選択しました。
次に、第２段階としての含漆化を図るための混合作業
では、解決すべき問題点にも提起したように、乾燥方式の異なる２つの塗料を均一にしかも短時間で微粒化できる装置の確保と塗料調整が必要であることから撹
拌擂潰機を選択しました。
３．２．添加剤の検討
塗料調合装置の選択と共に重要な課題として、揮発性有機溶剤に変わる塗料調整剤としてのレベリング剤
や分散剤、ピンホール防止剤を検討し、ビックケミー
・ジャパン株式会社製ノンシリコンタイプの添加剤を選択しました。添加剤の組成成分としては、アクリル
ポリマー・特殊変性ポリシロキサン共重物で変性されています。その結果、レベリング・スリップ・ピンホ
ール・ハジキ防止に著しくその効果を発揮しただけでなく、紫外線照射による塗膜硬化後の風合い、肉持ち感が向上しました。

ここでは酵素重合型プレポリマーハイソリッドUV漆塗料の基本研究を受けて各種応用研究の一環として「未来博未来産業館展示含漆ＵＶ塗装カー」「技能五輪福島県大会入賞者メダル」「現代塗仏壇」をとおして試作試験、商品化、技術移転における各種技術の確認を行いました。
４．１．含漆ＵＶ塗装カー
平成１３年７月〜９月に開催した「うつくしまふくしま未来博」の未来産業館に展示する新しい技術を反映し、未来の姿を暗示する展示物としてエコカーと伝統技術の融合が考えられないかと検討を重ねた結果、未来に贈る「伝統と現代の融合」 を基本テーマにデザイン検討を行い、加飾作業工程を決定しました。
県保有特許「自動酸化重合型の漆塗料の製造法」（特許第3001056)を発展させた塗料の有効性や従来の漆蒔絵工法への活用を検証し、確認しました。
４．１．１．デザイン検討
提供される自動車がｓｍａｒｔ（ﾀﾞｲﾑﾗｰｸﾗｲｽﾗｰ社）に決まり、 未来に贈る「伝統と現代の融合」 をテーマに会津独自の伝統的な蒔絵模様である朱磨き菊桐
蒔絵模様を取り上げデザイン展開を行いました。

３．３．光重合開始剤の混合方法
従来の、光重合開始剤の混合方法はトルエン20%溶
液に溶解したものを含漆化した塗料に配合させていましたが、今回はハイソリッド化が目的であり、固形状の光重合開始剤とモノマーを撹拌擂潰機で混合しました。その際に使用したモノマーは、漆塗料及びアクリ
レート化合物との相溶性の良い「トリメチロールプロ
パン・エトキシトリアクリレート」を選択し、光重合開始剤と混合しました。

図２.smart（ﾀﾞｲﾑﾗｰｸﾗｲｽﾗｰ社）

図３.朱磨き菊桐蒔絵椀

３．４．塗料精製工程
下記に示した簡易工程図に順次、撹拌擂潰機による塗料精製作業を行いました。
酵素重合漆
光重合性モノマー
低粘度酵素重合漆
光重合性ｱｸﾘﾚｰﾄ化合物
含漆 UV 塗料化
添 加 剤
光重合開始剤

図４.加飾デザイン確認（前後左右方向）

酵素重合型プレポリマーハイソリッド UV 漆塗料

検討の結果、左右側面パネルに典型的な菊桐模様を前
図１

塗料精製工程62■ 

後パネルに銀河のイメージを配したデザインに決定しました。
４．１．２．製作工程
伝統的な蒔絵工法を踏まえながらマスキングによる絵付け、平極蒔絵や卵殻、貝を使った螺鈿の技法において酵素重合型プレポリマーハイソリッドUV漆塗料の活用を試みました。
さらに、仕上げとして平滑面を得るため研ぎ出し蒔
絵的な工法を採用し、塗膜の厚みは約２００μｍとなり漆独特の艶、深み感を持った仕上がりになりました。

４．２．技能五輪入賞メダル
第３９回技能五輪全国大会が福島県で開催するので、福島県らしさを表し、入賞者の思い出になるようなデザインで新しい技術を活かしたメダルを作成したいとの意向から入賞メダルの製作を行いました。
４．２．１．デザイン検討
今大会のスローガン「はばたけ！明日の夢職人」や福島県をイメージできるものをモチーフにデザインを検討しました。メダルはアンチモニー合金台板に塗装
蒔絵を施した銅板のせこを嵌め込む形で、蒔絵は福島
県の豊かな自然と２１世紀に羽ばたく技術者をイメージして検討を重ね、最終的には図９に示すデザインに
絞り蒔絵展開や工程との摺り合わせを検討しました。

図５.蒔絵細部調整

４．２．２．蒔絵仕上げ確認
デザインを効果的に表現する蒔絵技法を選択し、効率的な工程と共に蒔絵仕上げを確認し、決定しました。

図６.酵素重合型PPHS‑UV漆塗料による摺り塗装

図１０.シルクスクリーン加飾の確認

４．１．３．含漆ＵＶ塗装カー完成
新しい塗料の蒔絵作業や仕上げ工程への活用について検証を加えながら蒔絵加工を行ってきましたが、各工程での支障は特になく当初に予想した以上の完成度で仕上がりました。

４．２．３．技能五輪入賞メダルの完成のせこと台板の組み合わせで金、銀、銅、敢闘の各賞のメダルとしました。スクリーン蒔絵を付け、酵素
重合型プレポリマーハイソリッドUV漆塗料による上塗り仕上げは特に支障はなく、出来上がったメダルは技能五輪入賞者の皆さんに大変好評であり、満足のいく結果でした。

図８.完成車前方外観図１１.各入賞メダル（金・銀・銅・敢闘）

図７.ﾊﾝﾃﾞｨUV照射器による塗膜硬化作業

63


■

 

４．３．現代塗仏壇
仏壇といえば伝統的な金仏壇や唐木仏壇があります
が住宅事情に合わない、若い人の好みに合わない等、
現代の生活様式や意識のズレが生じ、売り上げが落ちている現状です。伝統仏壇からの脱却と会津塗の良さを活かしたデザインや VOC 規制適合の安全な塗装を要望する声が高まっています。そこで、現代塗仏壇として試作研究をとおしてデザイン、塗装、加飾について検証を行いました。
４．３．１．デザイン検討
従来和室の一角に置かれた仏壇も和室のない住宅事
情からリビングに置かれるケースが多く、サイズは他の家具（ボード類）との組み合わせを念頭に高さ1500
×幅500×奥行き450にしました。構造的には上下に分割になりますが、扉表面加飾は上下に連続するデザインを基本に検討しました。

図１２.現代塗仏壇の基本デザイン例

４．３．２．現代塗仏壇の完成
塗装は酵素重合型プレポリマーハイソリッドUV漆塗料を使い、漆の質感を表現しつつ実用硬度を持つ塗膜に、シンプル、大胆な蒔絵を採用し、多彩な色と加飾との組み合わせによる現代の住空間に合う商品展開について確認ができました。

図１４.現代塗仏壇の内部

５．結言
揮発性有機溶剤を使用しないノンソルタイプの含漆
UV 塗料の開発を行い、自然乾燥性の酵素重合型漆塗料を活用しハイソリッドで、しかも耐久性、機能性は従前の溶剤型含漆 UV 塗料と劣ることなく強固な塗装被膜を形成することが可能となりました。唯一の問題
点としては塗膜レベリング性に難があったことから、再度数十種類のノンシリコンタイプのレベリング剤や界面活性剤の検討を行い、その中から厳選したものを添加しその効果確認を行いました。また、光開始剤についても揮発性有機溶剤による希釈の必要性のない微粉体を含漆 UV 塗料中に撹拌混合させていく塗料調整工法が確立したことで、試作品として「うつくしまふ
くしま未来博」出展品でもあった含漆 UV 塗りカーや技能五輪入賞メダルなどに応用し、その塗膜性能を充分に確認することが出来ました。今後は、積極的に住宅内装部材やインテリア製品等に実践的な活用が出来る段階に入りつつあると認識しています。

謝辞
本研究を行うに当たり、ご指導を賜りました福島県
客員研究員永瀬喜助先生に感謝いたします。
参考文献
１）新技術情報提供サービス・環境に優しい塗料と塗装、和信化学工業株式会社深沢禎二、静岡県工芸技術研究会講演会より：平成１２年１２月１４日
２）新エネルギー・産業技術総合開発機構、管理法人「福島県中小企業団体中央会」：平成10年度地域コン
ソーシアム研究開発事業「室内環境の快適性、健康性に対応した光重合含漆塗料の開発」成果報告書(2000)

図１３.現代塗仏壇の外観

64


■

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県産新酒造好適米「夢の香」に関する研究−夢の香の醸造特性−
Studies on new Rice Cultivar Yumenokaori for Sake Brewing in Fukushima Prefecture−Brewing Characteristics used new Rice Cultivar Yumenokaori for Sake Brewing−

会津若松技術支援ｾﾝﾀｰ
農業試験場相馬支部
農業試験場

高橋幹雄 鈴木賢二
大和田正幸
斎藤真一

佐藤寿昭

佐藤

正

県産の新酒造好適米「夢の香」を用いて総米９０ｋｇの試験醸造をした。その結果、使用酵母の違いによって製成酒の一般成分値及び香気成分値に差が表れた。また、きき酒による官能評価では製成酒のカプロン酸エチル
濃度の高いものが高い評価をうける傾向を示した。
Key words:新酒造好適米、夢の香、F7‑01、ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ

1. 緒言
前報 で、我々は県産の新酒造好適米「夢の香」
を用いて小仕込試験醸造し製成酒の一般成分値に生産地間で差が表れ、原料米の品質の差によるものと報告した。今回は、当センター保有の吟醸酵母を使用し試験醸造を行ったので報告する。
1)

１.1.来歴新酒造好適米「夢の香」の系譜を図１に示す。
ヤマビコ
アキツホ
日 本 晴
八反錦１号
秀

峰

八反35号
夢の香

八反10号
美 山 錦
山形酒49号（出羽燦々）

たかね錦
C060照射
突然変異
青系79号( おくほまれ )華 吹 雪
ふ系103号
図１

夢の香の系譜「夢の香」は平成３年に福島県農業試験場において「八反錦１号」を母とし 、「出羽燦々」を父として人工交配を行い、世代促進、系統選抜、特性検定試験、生産力検定試験、地域適応性等の検討を行った後 、「夢の香」の誕生に至り平成１２年に品種登録された。

（５俵張）の精米機を使用してとう精した。
2.2.原料処理
洗米処理量は１回当たり白米１０ｋｇで行った 。
洗米操作は、素手で撹拌しながら手洗いで行い、製成酒の酒質に悪影響を及ぼしかねない雑味の要素となる糠成分等を十分に除去するように注意して洗米した。また、処理した原料米に差が生じな
いよう時間を制限し、２．５分で洗米を完了するように行った。浸漬時の水温は６〜１０℃で適宜行った。
2.3.製麹操作
麹米の原料を蒸きょう後、麹室に引き込む前に一度蒸気を抜き、予定の蒸米品温近くになるまで
品温と水分の調節を行った。予定品温近くになってから、直ちに麹室に引き込み床全体に広げて、蒸米の品温と水分の調節を行った。室温は３５℃ 、乾湿差を７℃とし、品温３１℃、水分３３％を目標に蒸米の品温と水分の調節を行い、約２時間後に種麹を白米１００ｋｇ当たり５０ｇの割合で散布し床揉みを行い、１．５升盛の麹蓋で製麹した 。
以後の操作を表４に示した。
2.4.仕込方法
今回は、総米９０ｋｇの酵母仕込で行った。醪
は３本同時に仕込み、品温の調節は、各発酵タン
ク付帯のクールユニットの温度コントローラによって調節した。品温経過は、図１に示した。

12
10
8
℃ 6
4
2
0

2.実験方法留2.1.原料米
原料米は、県産の夢の香を精米歩合５０％にして用いた。精米は チヨダ製ＨＳ−２０ ＣＮＣ

４

７ 10

13

16

19

22

25

28

31

34

37

40

日 順
１号 醪

２号 醪

３号 醪

図１ 醪の品温経過



65
■

 

表２ 夢の香の酒米特性試験結果
千粒重 精米歩合 砕米率 20 分 120 分 蒸米吸水 粗蛋白質 ｶﾘｳﾑ(g) (%)(%) 吸水(%) 吸水(%) (%) (%)(ppm)
夢 の 香 26.5 73.9 0.0 29.3 29.6 37.9 4.5 297
9 年産 五百万石 25.6 72.4 6.6 28.0 29.2 36.0 4.8 376
夢 の 香 26.0 74.7 19.6 30.6 33.3 35.5 7.4 366
10 年産 五百万石 26.2 72.6 16.4 28.2 31.7 34.1 7.5 284
夢 の 香 26.0 72.6 13.4 31.2 32.5 36.8 4.9 270
11 年産 五百万石 26.2 72.3 11.1 28.6 30.1 35.7 5.1 266
夢 の 香 26.0 75.6 16.6 28.9 30.3 34.4 5.3 403
12 年産 五百万石 26.8 73.4 13.3 28.0 30.2 33.0 5.2 337
夢 の 香 26.7 74.0 19.9 28.1 28.7 34.0 5.0 262
13 年産 五百万石 26.1 74.9 10.1 25.4 26.8 31.7 5.3 298

使用酵母は当センターで開発した優良吟醸酵母
で、１号（対照）醪にはうつくしま夢酵母（Ｆ７−０１ ）、２号醪にはカプロン酸エチル高生産性酵母（Ｆ７−０２ ）、３号醪には酢酸イソアミル(E)とイソアミルアルコール(A)の比であるＥ／Ａ比が高く、低温発酵性の良い酵母（Ｆ７−０３）を用い、各々活性酵母６ ? 使用した。また、乳酸は各々１００ｍｌ使用した。仕込配合については、表１に示した。上槽には遠心分離器を用いて固液分離を行った（０℃、3000rpm、30分 ）。得られた製成酒を成分分析に供し、分析結果に示した。

総
掛
麹
汲
品

表１ 試験醸造の仕込配合
初 添
仲 添
留 添
米 (kg)
１５
３０
４５
米 (kg)
１０
２４
３８
米 (kg)
５
６
７
水 (? )
２２
３３
６７
温 (℃)
１２
９
６

合 計
９０
７２
１８
１２２

過去３年間の試験醸造に使用した夢の香の酒米
特性試験結果を表３に示した。

2.5.酒米特性試験
酒造用原料米全国統一分析法に従って分析した 。
2.6.成分分析
国税庁所定分析法 2)によった。
2.7.香気成分
Tekmar社のﾍｯﾄﾞｽﾍﾟｰｽｻﾝﾌﾟﾗｰ7050装備の日立製作所社製G‑3000型ガスクロマトグラフを用いて、ヘｯドスペース法 3)に従って分析した。
2.8.酵素力価堀江ら 4)の方法及びキッコーマン株式会社製の分
析キットを用いて測定した。
2.9.官能検査
アンバーグラスを用い、官能評価は３点法（１：良、２：普通、３：悪い）で行った。パネルは１４名の醸造専門家で行った。

3.実験結果及び考察

表３ 夢の香の酒米特性試験結果
原料米品種 精米歩合
水 分
20 分吸水 120 分吸水
(%)
(%)
(%)
(%)
夢 の 香 50.0 12.49 34.69 35.74
10 年産 五百万石 50.0 13.35 28.34 29.79
夢 の 香 50.0 12.44 33.35 36.43
11 年産 五百万石 50.0 12.55 30.12 32.32
13 年産 夢 の 香 50.0 12.34 36.41 37.92
吸水率比 ※ (120 分吸水/20 分吸水 )*100

吸水率比※
103
105
109
107
104

今年使用した夢の香は、２０分、１２０分それぞれの吸水値で過去最大値を示した。特に２０分
吸水値では、１１年産比で３．０６、１０年産比
で１．７２ポイント上回り、今年の夢の香は例年よりも吸水性が良く、軟らかい原料米の性状を示した。
3.2.醸造特性試験
麹米、掛米の各処理区の浸漬時間及び蒸し直前の吸水率と蒸米吸水率を表４に示した。

3.1.酒米特性試験
過去５年間の夢の香の酒米特性試験 ( 精米歩合70% ) 結果を表２に示した。
酒造好適米の条件として、 心白のある大粒米であること。 軟質米であること 。（吸水性が良いこと。製麹しやすいこと。溶解しやすいこと 。）
低タンパク質含量であること。が一般に言われているが、今年も夢の香は対照品種の五百万石同様の心白を有しかつ大粒米であり（千粒重参照 ）、
タンパク質含量も低かった。また、軟質米としての性質は、五百万石よりも顕著に上回った（20分
吸水参照 ）。

表４ 原料米の浸漬時間と吸水率
麹 米 初 添 仲 添 留 添
6.0
6.0
5.2
5.5
浸 漬 水 水 温（℃） 7.0
9.0
8.0
6.0
20.0
15.0
12.0
12.5
浸 漬 時 間（分） 13.0
10.3
10.5
11.5
34.3
29.0
25.6
26.2
26.9
25.7
25.7
蒸し前吸水率（％） 29.6
46.7
42.5
37.1
37.5
蒸 米 吸 水 率（％） 40.8
36.7
35.9
36.4
上段；平成１１酒造年度

66


■

平 均
5.68
7.50
14.88
11.33
28.78
26.98
40.95
37.45

下段；平成１３酒造年度

 

一般に、高精白度の吟醸用白米は吸水が過多になり易く、蒸米が軟らか過ぎる傾向になるため短時間浸漬法（限定吸水法）が行われている。また、白米調湿器を利用したりもしている。そうした意味で、浸漬時間
は吟醸造りにとって大切な要素であり、最終の製成酒の酒質に大きく影響を及ぼしかねない。
今回も、過去の知見を踏まえて、吸水状態を肉眼で観察した結果、浸漬時間を麹米で１３分、掛米で１０．
３〜１１．５分とした。掛米処理で浸漬水水温に差が生じたため浸漬時間を適宜調整した。このことで必要最低限の浸漬水の確保並びに浸漬水水温の調整が大切な要素であると思われた。
近年の吟醸酒の酒質で最も重要なことは、最終の製成酒において香味の調和がとれた酒質に仕上げなければならないことである。その意味で吟味を一番に重視した麹造りに努めなければならない。そのためには、
蒸し前吸水率の目標は、麹米で３０％、掛米で２７〜２８％を予定して操作を行った。その結果、麹米で２９．６％、掛米平均で２６．１％であった。麹米はほぼ予定通りの吸水率であったが、掛米では、予定よりも低い吸水率であった。また、蒸米吸水率の目標としては、麹米で４２％、掛米で３８％を予定し操作した
結果、麹米では４０．８％と予定よりも１．２ポイン
ト低く、掛米平均では３６．３％と１．７ポイント低かった。麹米、掛米ともに少々硬めの蒸米の仕上がりであった。今回は、麹米、掛米双方で硬めの蒸米の仕上がりとなったが、今年の原料米の性状が例年よりも軟質米傾向と推測され、醪での溶解がより促進されると思われる。そうした意味では、出来上がりとしては少々硬めの傾向ではあるが、仕上がり、状貌、手触り
ともにほぼ良好な蒸米が得られたと思われる。

製麹経過を表５に示した。
一般に、盛操作は蒸米粒に極僅かの破精が肉眼で観察されるか否かの頃に行なうが、種キリ操作
から盛操作までの時間を２０時間とし、破精が肉眼で確認できる程度で操作を行なった。以後の製麹操作においては、最終的な麹の仕上がり具合に注意しながら品温操作し麹造りを行った。出麹歩合は２０．０％で、少々重めの状貌であった。
夢の香は少々硬めではあったがサバケが良く（固まり難い）また浸出性に優れ、例年同様全工程で製麹操作がしやすくかった。出来上がった麹は、破精込みのある突き破精型の状貌で、香りもキノコ香を有し、ほぼ満足できるものであった。

操
作
引
込
種 キ リ
床 も み
切
返
盛
仲 仕 事
仕舞仕事
積
替
積
替
積
替
積
替
積
替
積
替
積
替
積
替
積
替
出
麹
種麹使用
出麹歩合

表５ 製麹経過品
温
時 刻 操作前 操作後
11:45 39.0℃ 39.0℃
14:00 31.0
31.0
14:30 31.0
30.5
23:30 30.0
31.0
10:00 30.5
29.5
20:30 35.2
34.5
0:30 39.0
38.0
2:30 42.5
41.9
4:00 42.0
41.5
6:00 43.0
42.5
7:30 43.7
42.5
9:45 43.0
42.5
11:30 44.0
43.0
13:00 43.0
42.5
14:00 43.5
42.5
15:00 44.0
43.0
17:00 42.5
42.050g/白米100kg
20.0％

室 温
35.0℃
35.0
35.0
34.0
35.0
35.0
38.0
38.5
40.5
41.5
41.5
41.5
42.0
42.0
42.0
42.0
42.0

湿球温
28.0℃
28.0
28.0
27.0
28.0
27.0
28.0
28.0
30.5
31.5
31.5
31.5
31.0
31.0
31.0
31.0
31.0

麹の酵素力価を測定し、表６に示した。
表６ 夢の香による麹の酵素力価
総合力価 糖化性比 アミノ酸比 糖 化 力 α‑アミラーゼ グルコアミラーゼ（※１） （※１） （※１） （※２）
（※２）
（※２）
平成１１ＢＹ 799 1.38 0.30 196
1230
135
平成１３ＢＹ 698 1.57 0.25 1801194
148※１堀江式の吟醸麹の品質評価法；※２キッコーマン 社製の測定キットによる今回測定した麹の酵素力価は、平成１１ＢＹ比でα−アミラーゼやグルコアミラーゼは同等であったが、総合力価においては平成１１ＢＹ比で１０％強低い値であった。今回の吟醸麹は酵素力価の観点から見て、
総合力価は少々低い値であったが、まずまずの麹の仕上がりであったことが推察された。

醪管理工程では、仕込後毎日品温管理及び成分分析を行い、糖化と発酵のバランスをコントロー
ルした。最高ボーメ値で１号酒で９．０、２号酒で８．９、３号酒で８．８とそれぞれ高く、醪での蒸米の溶解性が過大であり、例年よりも１ポイ
ント高い値を示した。これらの一因として、例年よりも今年の原料米がより溶けやすく、軟らかい性質と思われ、今年の原料米の性状の結果を裏付けるものとなった。上槽には遠心分離器を用い固液分離を行った。各々の醪期間では、香味、状貌



67
■

 

とも良好な推移を示した。
製成酒の評価（成分、官能評価）では、１号醪
を３９日目で、２号酒を４１日目、３号酒を３４
日目で上槽した。製成酒の一般成分値と香気成分
値をそれぞれ表７、８に示した。
表７ 製成酒の一般成分値
１号酒（対照）２号酒
日本酒度
＋３．５
±０．０
ｱﾙｺｰﾙ分（％） １６．３
１６．３
総 酸 度（ml） １．６０
１．７５
ｱﾐﾉ酸度（ml） ０．９０
１．１５
還 元 糖（％） ２．６０
３．２６

ン酸エチル高生産性酵母（Ｆ７−０２）の性質を実証した。３号醪に用いたＦ７−０３酵母は香気
成分値のＥ／Ａ比に特徴を有した酵母であるが今回の結果では、１号酒に用いたＦ７−０１酵母程度の値であった。
製成酒の官能評価を、表９に示した。

３号酒
＋３．０
１６．３
１．６０
０．８５
２．２６

表９ 官能評価
評点（３点法）短評
１号酒（対照） １．６４
淡麗、軽快、ｼﾌﾞｲ
２号酒
１．４３
香高い、香味調和
３号酒２．２９
キレ良好、酸ｳｸ
パネル１４名 ３点法(1: 良､2: 普通､3: 悪い)

表８ 製成酒の香気成分値
１号酒
２号酒
３号酒
（対照）
ﾌﾟﾛﾋﾟﾙｱﾙｺｰﾙ(ppm)
７３５７６５
ｲｿﾌﾞﾁﾙｱﾙｺｰﾙ(ppm)
１００
９９
９９
ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ(A)(ppm) ２０１
１７８
１９６
酢酸ｴﾁﾙ(ppm)
５５３８５９
酢酸ｲｿﾌﾞﾁﾙ(ppm)
０．１４ ０．１０ ０．１２
酢酸ｲｿｱﾐﾙ(E)(ppm) ３．３７ ２．５０ ３．０９
ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ(C)(ppm)１．５４ ３．４０ ２．４７
Ｅ／Ａ×100 比
１．６８ １．４１ １．５８
Ｃ／Ｅ 比
０．４６ １．３６ ０．８０

パネル１４名による官能評価では評点が特に良かったのは、２号酒であった。２号酒は１号酒（対照）よりも０．２１ポイント上回り、３号酒と顕著な差が表れた。香気成分のカプロン酸エチ
ル値及びＣ／Ｅ比の高い２号酒が他の酒より官能評価が高い結果となった。
今回の官能評価では３号酒が１，２号酒と比べて評点に差がみられたが、製成酒の酒質は、味にキレがありまずまずの酒質であった。２号酒は味に膨らみと巾を持ち合わせた柔和さと馥郁たる芳醇な香りを兼ね備え、香りと味のバランスが良好な酒質であった。

一般成分値では、アルコール成分を除くすべての成分で差がみられた。日本酒度では、３号酒は１号酒（対照）と比べて同等であったが、２号酒は低い値であった。上槽日数を考慮すれば３号醪
に用いたＦ７−０３酵母はＦ７−０１酵母よりも低温発酵性に優れた性質を持ち合わせていることを今回の試醸で実証した。一方、２号醪は、少々
醪後半でキレが緩慢となり醪日数が延びる結果となった。総酸度、アミノ酸度成分では、１号酒（対照）と比べて３号酒は同等であったが、２号酒は高い値を示した。
この２号酒の結果については、醪後半のキレの緩慢により酵母菌体の自己消化等によるものと思われた。還元糖成分では、日本酒度成分と同様な挙動を示す結果となり、日本酒度で甘く仕上がった２号酒が還元糖値
で他よりも高い値を示す当然の結果となった。

香気成分値では、吟醸香を構成している重要な成分であるカプロン酸エチル、酢酸イソアミル、
そしてＣ／Ｅ比の値に差がみられた。香気成分の高級アルコール類値においては特に差は見られなかったが、カプロン酸エチルでは、２号酒が他の酒よりも高い値を示した。２号醪に用いたカプロ

４. 結言
県産の新酒造好適米「夢の香」を用いて、総米９０ｋgの試験醸造をした。その結果、使用酵母の違いによって製成酒の一般成分値及び香気成分
値に差が表れた。また、きき酒による官能評価では製成酒のカプロン酸エチル濃度の高いものが高い評価をうける傾向を示した。
今後は、酒造好適米「夢の香」の酒米特性並びに適性処理、醸造特性について追試をしその再現性について検討する。
参考文献
1)高橋幹雄、鈴木賢二、佐藤寿昭、佐藤正：福島県ハイテクプラザ試験研究報告、pp.60‑63、平成12年度
2)西谷尚道監修:第４回改正国税庁所定分析法注解，日本醸造協会，(1993)
3)吉沢

淑:醸協，68，59(1973)

4)堀江修二ら:醸協，87，57‑61(1992)

68
■


 

県産農作物の品質特性の把握と加工適性に関する研究−柿の脱渋及び渋戻りの阻止について−Understanding the quality characteristics of agricultural products from Fukushima prefectureand studies on the suitability for food processing-Removal of astringency from fruits of Japanese persimmon and a check of astringency return-

会津若松技術支援センター

齋藤裕子

河野圭助

脱渋処理した柿を破砕したり加熱したりすると、条件によってはタンニンは再び可溶性となり、渋みを感じるようになる。そこで、渋戻りの少ない脱渋方法について検討した。会津身不知柿は炭酸ガス脱渋することによって渋戻りが抑制できることが明らかになった。
Key words:柿、タンニン、脱渋、渋戻り

１．緒言

状態をタンニンの定量と官能試験で調べた。また、加本県特産の渋柿は、脱渋処理した生食用または干し
熱前後のペーストを顕微鏡で観察し、タンニン細胞の柿として出荷されているが、規格外品など商品価値の状態の変化を確認した。
ないものは、未収穫のまま放置されているものも多く、有効利用が望まれている。脱渋方法としては、アルコ ２．４．タンニンの定量
ール脱渋、炭酸ガス脱渋、温湯脱渋、凍結脱渋などが脱渋処理中の果実の場合は赤道部の果肉５ｇ、脱渋ある。これらの脱渋処理によって、柿に含まれるタン
柿ペーストの場合はペースト５ｇを用いて８０％メタ
ニンが不溶化し渋みを感じなくなるが、脱渋後に破砕ノールで磨砕抽出した後、残さを０．１％ＨＣl‑メタや加熱処理を行うと、条件によってはタンニンは再びノール、１％ＨＣl‑メタノール（室温）および１％Ｈ
可溶性となり、渋みを感じるようになる（これを「渋Ｃl‑メタノール（６０℃）で順次抽出し、それぞれの戻り」とよぶ）。このことが柿の二次加工を阻害して上澄みに含まれるタンニンをFolin‑Denis法で測定しいる。そこで本研究では渋戻りしにくい脱渋方法につた１）２）。タンニンはタンニン酸換算とした。
いて検討した。
２．５．官能試験

２．実験方法
２．１．供試柿
柿は2001年産「蜂屋柿」（JA伊達みらいで選果、選

渋みのスコアを０〜４までとし、加熱前後の脱渋柿ペーストについて６〜７人のパネラーで官能試験を実施した。渋みのスコアは表１に示すとおりである。

別）と「会津身不知柿」（会津若松市産）を用いた。

３．実験結果および考察
２．２．脱渋処理
先に述べた脱渋方法のうち、アルコール脱渋、炭酸ガス脱渋を取り上げ、脱渋方法の違いによるタンニン
不溶化の差異を調べた。
アルコール脱渋果実を１個ずつポリ袋に入れ、ヘタの上に脱脂綿を置き、３５％エタノールを果実１００ｇあたり２ｍｌ

３．１．脱渋中のタンニン含量の経時変化
会津身不知と蜂屋の脱渋処理前および脱渋過程における可溶性タンニンの経時変化を図１，２に示す。
また、抽出画分ごとのタンニンの経時変化を図３，４に示す。図１，２を見ると、１２年度の試験３）と同様に２品種とも炭酸ガス脱渋の方が早く脱渋することが確認された。さらに図３，４より、炭酸ガス脱渋はしみこませて密封し、２０℃の恒温器に入れた。
アルコール脱渋に比べて、果肉中のタンニンがより炭酸ガス脱渋強固に不溶化した状態になっていることがわかった。
デシケーターに果実を入れ、二酸化炭素ガスを２分間封入し、２０℃の恒温器に入れた。調査で果実を取 ３．２．加熱による渋戻り試験
り出すたびに、あらためて二酸化炭素ガスを封入した。
脱渋柿ペーストの加熱前後のタンニン定量結果を図５，６に、官能試験結果を表２に示す。会津身不知炭２．３．加熱による渋戻り試験
酸ガス脱渋果のペーストでは、８５℃３０分加熱後も脱渋柿ペースト（脱渋した柿果実からヘタと種子を官能試験で渋みのスコアが１．０未満であり、果実加
除いて磨砕したもの）を８５℃１０分、２０分、３０
工品の一般的な殺菌条件では渋戻りの問題はないと考分および１００℃３０分、それぞれ加熱し、渋戻りのえられる。図５，６からも炭酸ガス脱渋の方がアルコ


6
9
■

 

表１

渋みのスコア

０

渋みなし

１

後味弱渋

２

後味渋い

1200
800

1000
800

600
400

３

やや渋い

４

渋い

可溶性

炭酸ガス脱渋400

炭酸ガス脱渋200
mg（

アルコール脱渋600

ｱ ﾙ ｺｰ ﾙ 脱渋

200

0

0
0

2

3

4

7

8

9

10

0

可溶

1

2

3

日数

図１

会津身不知の可溶性タンニン量
100%

90%
80%

90%
80%

7

9

10

蜂屋の可溶性タンニン量

1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

70%
60%

1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

50%
40%

50%
40%
30%

30%
20%

20%
タン10%
0%

10%
0%
0

図３−１

3

4

日数

7

8

0

9 10

会津身不知のアルコール脱渋
100%

80%

80%
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

40%

2

図３−２

100%

60%

タン

図２

100%

70%
60%

4
日数

3

4

日数

7

8

9 10

会津身不知の炭酸ガス脱渋

1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

60%
40%

20%

20%

0%

0%
0

1

2

3

4

7

9 10

0 1 2

3 4

日数

図４−１

蜂屋のアルコール脱渋

図４−２

100%

100%

80%

80%

60%

60%

40%

1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

タン 20%
0%アルコール脱渋

図５

7

9 10

日数

蜂屋の炭酸ガス脱渋

40%
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (60℃)
1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ (室温)0.1%H C l‑ﾒﾀﾉｰ ﾙ
80%ﾒﾀﾉｰ ﾙ

20%
0%
アルコール脱渋

炭酸ガス脱渋会津身不知脱渋ペーストの加熱渋戻り試験

図６

炭酸ガス脱渋蜂屋脱渋ペーストの加熱渋戻り試験

加熱前

加熱前

８５℃１０分加熱後

８５℃１０分加熱後

８５℃２０分加熱後

８５℃２０分加熱後

８５℃３０分加熱後

８５℃３０分加熱後
１００℃３０分加熱後

7
0
■

 

表２

官能試験結果（６〜７人のパネラーによる渋みスコアの平均値）

品種名

脱渋方法

加熱条件

脱渋直後

凍結保存（−４０℃）
３５日後

６８日後

１０３日後

会津身不知

アルコール

加熱前

０．５０

０．７５

０．４２

０．４２

85℃ 10分

０．８０

１．１７

１．００

０．５８

85℃ 20分

１．００

０．６７

１．５０

１．１７

85℃ 30分

１．００

０．９２

１．５０

１．００

100℃ 30分

−

１．３３

１．４０

１．５８

炭酸ガス

蜂屋

アルコール

炭酸ガス

図７−１

加熱前

０．５０

０．１７

０．００

０．２５

85℃ 10分

０．７０

０．６７

０．５０

０．５０

85℃ 20分

０．７０

０．８３

０．６７

０．９２

85℃ 30分

０．８０

０．６７

０．９２

０．５８

100℃ 30分

−

１．５０

１．６７

０．６７

加熱前

０．４２

０．５０

０．６７

−

85℃ 10分

１．０８

０．２５

１．００

−

85℃ 20分

１．１０

１．００

１．００

−

85℃ 30分

１．６７

１．３３

１．００

−

100℃ 30分

２．４７

３．３３

３．１７

−

加熱前

０．１７

０．００

０．５０

−

85℃ 10分

０．８３

０．５８

１．３３

−

85℃ 20分

１．００

０．７５

１．００

−

85℃ 30分

１．１７

１．００

１．１７

−

100℃ 30分

１．１７

１．１７

１．０８

−

会津身不知アルコール脱渋果ペースト中の

図７−２

タンニン細胞図７−３

会津身不知炭酸ガス脱渋果ペースト中の

会津身不知アルコール脱渋果ペースト
８５℃３０分加熱後のタンニン細胞

図７−４

タンニン細胞

会津身不知炭酸ガス脱渋果ペースト
８５℃３０分加熱後のタンニン細胞

71


■

 

ール脱渋に比べて加熱処理後のタンニンの可溶化が抑
２）S.Taira,M.Ono,M.Otsuki(1998):Effects of
えられていることが分かる。
freezing rate on astringency reduction in
図７に会津身不知脱渋果のペースト中に見られたタ
persimmon during and after thawing.
ンニン細胞の顕微鏡写真（×１００）を示す。加熱処
Postharvest Biology and Technology.14:317‑
理後の不溶化したタンニン細胞の数は炭酸ガス脱渋ペ324
ーストでアルコール脱渋に比べて多く見つかり、この
３）河野圭助、齋藤裕子：福島県ハイテクプラザ試
ことからも、炭酸ガス脱渋由来のペーストの方が渋戻験研究報告、平成１２年度
りしにくいことが伺える。
４）T.Matsuo,S.Ito(1982):A model experiment for
柿果実の脱渋過程では、果実内に生成するアセトア
de‑astringency of persimmon fruit with high
ルデヒドの作用によってタンニンが不溶化することがcarbon deoxide treatment. Agric.Biol.Chem.
４）
知られている 。アルコール脱渋では果実内に浸透し46:683‑689
たエタノールがアルコールデヒドロゲナーゼの作用で５）E.Pesis,R.Ben‑Arie(1986):Carbon Dioxide
アセトアルデヒドに転換するのに対し、炭酸ガス脱渋
assimilation during postharvest removal ofでは嫌気呼吸の誘導とＣＯ２の暗固定により、ピルビン
astringency from persimmon fruit. Physiol.
酸経由でアセトアルデヒドが生成する５）。このようなPlant.67:644‑648
アセトアルデヒド生成経路の違いによって、結果としてタンニンに作用するアセトアルデヒド量に差が生じ、不溶化したタンニンの状態に差が出るものと推察される。
現在、県内では、蜂屋は主に干し柿（あんぽ柿）として、会津身不知は脱渋して生食用として出荷されている。市販の会津身不知はアルコール脱渋、または炭酸ガスとアルコールを併用した方法で脱渋されているが、本試験の結果より、二次加工する場合は炭酸ガスのみで脱渋する方法が適していると考えられる。脱渋後に果実を生食する場合は、食味の面でアルコール脱渋果の方が優れているので、利用用途に応じて脱渋方法を使い分けることも必要と思われる。

４．結言
脱渋後の渋柿を加工する際に行う、加熱処理による
渋戻りを抑制する方法について検討した。会津身不知
を炭酸ガス脱渋すると、果実加工品の一般的な殺菌条件である８５℃３０分の加熱後もほとんど渋戻りしないことが分かった。これに対して、蜂屋は渋戻りしやすく、二次加工に用いるには会津身不知の方が適していると考えられる。加熱を伴う二次加工が可能になる
ことにより、会津身不知の用途の拡大が期待される。
謝辞
本研究を行うに当たり、ご指導ご助言を賜りました
山形大学農学部農業生産学講座の平 智助教授に深謝
致します。
参考文献
１）S.TAIRA(1996):Astringency in Persimmon.Modern
Methods of Plant Analysis.18:97‑110

72


■

 

デザイン情報を活用した商品開発システムの研究(第２報）−トレンド情報を応用したデザイン開発の試作例−
A study of the product development system that I utilized design information( The second report)
Trial manufacture example of the design development that I applied trend information
会津若松技術支援ｾﾝﾀｰ 竹内克己 出羽重遠 佐竹延明 佐藤隆 橋本春夫 須藤靖典 丸山泰仁
技術材料部 渡部 修
各種の機関から提供されるトレンド情報を収集し、商品開発に活用できるトレンド情報のダイジェスト版を作成し、そのトレンド情報を利用したデザインで試作開発をした。
Key words:

トレンド、デザイン、テーマ、ライト、光覚、アナーキ、雑然、シンセリティ、誠意、ミス、神話、

1. 緒言
デザインを重視した商品開発では、デザイン専門誌
等のヒット商品のランキングや、話題になっている商
品のカタログから、生活者の欲求や商品志向を推測したり、時代傾向や時代感覚をトレンド情報として、イメージスケールを使ってパターン化し、商品のポジシ
ョニングを確認したり、商品開発の方向性を決定していました。
しかし、ライフスタイル提案型の商品開発が定着し、生活者の将来を、開発商品で提案するようになってから、現在売れている物のトレンド情報は、消費動向の情報でしかなく、商品開発のためのトレンド情報とは言えなくなってしまった。
将来あるべき姿、将来あるべき商品の形をライフス
タイルで提案するには、２年後３年後の時代を予測したトレンド情報が必要になってきました。
そこで独自性の高い商品をつくるため、開発のためのトレンド情報を収集し、商品開発を目指す人達に参考になるよう、ダイジェスト版を作成しようと考えました。
２．商品開発の変化
２．１．付加価値の時代変化
１９８０年代に入って、商品開発の付加価値にイメージが重要な要素として取り入れられるようになりました。ハイテク、ハイタッチ（心の琴線に触れるモノ）な物づくりと評され、新技術と感性を重視した商品開発の時代になり、一般的に行われている商品開発に、イメージのコンセプトという考え方が導入されてきました。
時代の空気、時代の雰囲気マインドに敏感に反応して、自分を含めてみんなが感じている気持ちを言葉にしてイメージを表現する。みんなが見える形でコンセプトを伝える方法が必要とされる時代になりました。
遊びの要素がある形、見て楽しい形、触って楽しい
形、見て話題に出来る形、風、光、渦、宇宙などと、クラフト関係の公募展のテーマに、抽象的なイメージを条件にする事が増えてきました。
作り手の能力に、単なる実用性の追求だけではなく、時代感覚やビジュアルイメージ（見て親しみやすい）の要素を求められるようになってきました。

商品イメージを形に表現するために、キャッチコピ
ー、ネーミング、サブコピーなど専門家が使う現場の言葉が一般に知られるようになり、商品開発でコンセプトを決めたり、最終目標を表現する時に、イメージを補足するために使われるようになりました。
商品開発の現場ではデザインが付加価値として重要な要素になり、『贅沢は素敵だ！』のキャッチフレー
ズのもと、デザイン時代の到来といわれ、高付加価値
商品、多品種少量生産の開発に凌ぎを削っていました。
バブル経済の膨張と共に、最高級の素材、最高級の調度、最高級の空間、豪華で知性豊かなアメニティ空間の演出、最高級の意匠に充ちた生活スタイルの提案、
ヨーロッパの貴族的な知性と文化趣味を強調させたヴィジョンが、ヤングエグゼクティブといわれる人達の生活に提案されていました。それらの夢のような生活と生活空間は、婦人雑誌やグルメ本、建築雑誌や趣味の本などに掲載され、お金さえ出せばどんな人間にも実現可能で、手に届く世界として一般の人達に広く認識されるようになりました。そして、そういう雑誌に掲載されるような、理想的な生活をすることが目標になり、ライフスタイル提案型の商品開発も、将来のリアルな生活として、一般の人々に対してそれらの世界を提示することになりました。
１９９０年代になって、ライフスタイル提案型の商品開発が定着しました。年収がいくらぐらいで（クラスター分析）、家族（ライフステージ分析）が何人いて、都内のどの地域に住んでいる人（生活者）なら、『こういう商品を揃えれば、こんなすばらしいライフ
スタイルの生活が楽しめますよ。』という提案をする
商品開発です。
商品開発の現場では、消費者が生活者と呼ばれるようになり、消費者がただ物を消費するだけの漠然とした人間ではなく、自分達の隣りや周りにいて、色々な生活を豊かにする物をコーディネイトして生活を楽し
む血の通った、顔を想像出来る人間像として捉えるよ
うになりました。
そして、ライフスタイル提案型の商品開発が定着して、その生活者が目標とすべきライフスタイルは、一体どんなものか、ということが問題になってきました。
もしも出来るのならば、リアルな将来の生活環境とそ

7
3

■

 

こで将来使われるリアルな商品を見せることが、ライ
フスタイルの提案には、必要不可欠な物になりました。
テレビの車のＣＭで『２年後３年後の生活を考えた商品です。』が流れていますが、いま売れている商品は、２年前３年前に、将来のライフスタイルを予測して商品開発した物なのです。２年後３年後の時代傾向
や時代感覚などのトレンドはどうなるのか、将来のトレンド情報が必要になってきました。
実験して数値を上げる、機能性をよくする技術改良のような商品開発は、誰もが最初に目標にしやすい開発方法のため、行つく先はコストダウンを前提とした価格競争に向かう、いままでと同じ商品開発になってしまいます。
価格競争の輪廻から脱却して独自ブランド確立の商品開発を探求しなければ、いつまで経っても生活レベ
ルの価格格差で商売をする中国、東南アジアには負け続けるしかなくなってしまいます。
価格競争の輪廻から逃れる商品開発の方法を探すには、付加価値の基準を単なる機能性の向上から、文化を楽しむ生活者の視点から考えた高付加価値商品、高デザイン商品を新しく発明発見しなければならないのです。いままでと違う商品開発をするためには、いままでと違う視点のデザイン情報、将来を予測するトレンド情報が、必要になってくるのです。

４．１．１．デザインコンセプトの検討

デザインのテーマを「生活の中の道具」と決め、理解しやすいアイテムとして、『皿のようなモノ』の可能性を考えました。

４．１．２．造形のテーマの検討
アイテムが皿ということで、デザインのテーマから、イメージの範囲を限定するために、造形のテーマ
を３種類考えました。

３．トレンド分析
３．１．トレンドテーマ(2002秋冬/2003春夏)のダイジェスト版

図１

図２

図３

図４

４．１．３．造形のデザインイメージの検討
最近のトレンドの大きな流れは、グローバルトレン
ドにローカルなイメージを味付けした、グローカルが主流になっています。２００１年〜２００３年までのトレンドテーマから、『レマネンス』、『セレブレーション』、『ミス』のビジュアルイメージからデザイ
ンコンセプトと造形デザインのヒントを得て試作デザ
インをしました。

４．トレンド情報を応用した試作
４．１．URUSHI WORKの試作品『漆塗膜の化学修飾技術』の、ものづくりフォローアップ研究事業として、化学修飾の漆と漆粘土を使ったデザイン開発と試作研究を行い、実用の可能性を追求しました。

7
4■ 

『レマネンス』、『セレブレーション』、『ミス』に共通するイメージは、
どこか懐かしい風土の景色や、身の回りの自然素材を未加工なまま利用し、洗練されたアートのレベルに高める。モダンでシンプルな形と荒削りな自然を取り入れた装飾を融合させ、少しシュールなイメージを演出する 。

４．２．１．デザインテーマの試作
造形のテーマ「小物のステーション」、「美味しいおかずのプラットホーム」、「ジュエリーの灯台」のイメージを『皿のようなモノ』にデザイン展開し、試作をしました。またトレンドイメージの演出をし、ＣＧで絵にしました。
試作３．落ち葉を直に型押し模様にした入れ物（漆粘土）

試作１．数字の形を模様にした入れ物（漆粘土）試作４．花のイメージを形にした小鉢（漆粘土）（木製＋曲がった部分は漆粘土）

試作５．深皿とカフェオレカップ（木製）試作２．風に揺れる植物をイメージした小物入れ

7
5

■

 

５．結言

試作６．手捻りで形にしたぐい呑み達（漆粘土）

商品開発の現場で、我々は「これはイイ！、これはダメ！」と判断を下している。それは何を基準にして判断をしているのか。きれい、美しいだけではなく、市場動向のマインドに合えば、きっと将来売れていくであろうという予測のもと、「このデザインの商品なら、いける」と判断をしている。しかしその市場動向のマインドは、何の基準、何の根拠をもとにして判断しているのか。もし自分の好き嫌いだけの判断「これはイイ！、これはダメ！」と判断を下していのなら、ただの暴言でしかないのです。ある程度、ぼんやりと将来こうなるであろうという予測した情報を持っていなければ、デザインを重視した商品開発の現場で自信をもって判断を下せる分けがないのです。「いま」という時を中心にして、２年間〜５年間ぐらいのトレンドの傾向が、おぼろげながら分かっていなければ、商品開発の現場にいる資格もないといえます。
トレンド情報、特に予測情報の曖昧さや不確かさな点を上げて、必ずそうなるのか検証できるのかを論じる人がいるが、トレンド情報はその情報をきっかけにして、イメージを膨らませて、いち早く商品にして商売をするデザインワークの元になるデータであり、トレンド情報が当たっていたとか、当たっていなかったとか論じる前に、トレンド情報に払った費用を素早く回収すべき性質のモノです。
必ず売れる商品を作るのは無理でも、失敗しにくい商品という物もあるわけです。トレンド予測を立てな
いで、商品を製造したり、発注することは、無謀な冒険としか言えないのではないでしょうか。

試作７．カップと小皿（漆粘土）参考文献
プロモスチィル−（AW2001SS2002、2002SM、
AW2003SS2004）インフルエンス

試作８．灯台からイメージした小物入れ（木製）

7
6
■

 

 

Study on application of Photocatalyst(Titanium Oxide)                      !" # $%&'()*+, -. /0  12 34  56 

  !"#$%&'()*+,-./0123456 789:;,<=>?@A
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IR: 3334, 3290, 2941, 2861, 1365, 1322, 1242,
1207, 1149, 1068 cm-1
MS: (ESI) 536 m/z (+H ion), 518, 464
1H-NMR(DMSO,CDCl3): = 1.46(quintet, 2H, J= 6.5), 1.63(quintet, 2H, J = 8.0), 2.28-2.55(m, 4H),
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県産間伐材等木材の用途開発と性能評価技術の研究−杉材の木ねじ保持性能−
Prefecture product thinning materials study of use development and performance evaluation technology of wood
-Wood screw maintenance performance of cedar materials-

会津若松技術支援センター

橋本春夫

軟質杉材とスチールや金物との締結に推奨されている木ねじによるねじ保持性能に関する基礎的資料を得る目的で、木ねじ保持力試験に準じて検討を行いました。その結果、軟質杉材の木ねじ保持力は、板面、木口面とも広葉樹ブナ材の半分以下程度の性能であることを確認しました。また、ねじの保持力は、ねじ込み距離(量)に比例し増加することを確認しました。杉材の節面におけるねじ保持力は、無節板面の１．２〜２．１倍程度の性能であることを確認しました。
今後、杉集成材での学校用家具の開発や軟質杉材の表面強化、複合化材料の開発及びねじ保持性能の検討を行います。
Key 杉材、杉集成材、木ねじ、ねじ保持力、引抜き抵抗

１．緒言

表１ 供試ねじの形状

本県の森林資源を育成するためには、間伐の円滑な推進と間伐材の用途開発及び間伐材の利用促進が必要となっております。又、学校用家具の日本工業規格の改正など木製品の参入し易い教育環境が整備されつつあります。県産杉間伐材等での学校用家具の開発や製品の普及が推進されるためには、材料特性や接合強度、家具の安定性、耐久性試験、素材の表面性能の改良など学校用家具として必要不可欠な性能を開発する研究が必要であります。
地場産の杉や檜等の針葉樹を利用した学校用家具の開発は、各県の公設試を中心に盛んに行われ、軽量化
やスチール部材との複合化等による製品が開発されています。
本研究では、スチール部材との複合化における軟質
針葉樹である杉材のねじ保持性能等を取り上げスチールとの締結保持性能に関する基礎的資料を得る目的で、
市販十字穴付き皿木ねじによる杉材のねじ保持性能について検討を行いました。

２．実験方法

種

類

十字穴付き
皿木ねじ
(JIS B 1112)

呼び径
( )

呼び長
( )

ピッチ
( )

谷径
( )

４ .５

５０

１ .９

３ .１

５ .１

３８
又５０

２ .２

３ .５

５ .８

４５

２ .６

４ .１

図１ 供試ねじ (左側から呼び径4.5、5.1､5.8皿木ねじ)

表２ 供試材料の材質

２．１． 供試材
供試ねじは３種類（表１及び図１）で、木材と金物
種類
含水率(%) 気乾比重 年輪幅( )との締結に使用されています十字穴付き皿木ねじ（３
杉
材
１１.８９
０.３２
４.９２
種類））を用いました。
ブ ナ 材
１１.２４
０.６８
２.９９
供試材料は２種類（表２）で、県産杉材及び性能比
較のために広葉樹（ブナ材）を用いました。先ず、県産杉針葉樹板材を、恒温恒湿機で人工乾燥により、含２．２． 試験体の作成
水率１０％程度まで乾燥した板材を、養生期間を置い試験体は、図２の通りに供試材料（杉材、ブナ材）
た材料より、節材面、板目・柾目面、木口面の試験片の板目・柾目面あるいは木口面に皿木ねじをねじ込んを木取りしました。広葉樹（ブナ材）も板目・柾目面、だものを用いました。
木口面の試験片を木取りし、供試材料として用いまし
作成手順は、供試材料を材厚２７×材幅６５×材長た。
１２０ の形状に作成した供試材料を用いました。次に、試験体の中心線上に案内孔の穿孔位置を設定し、

8■
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下記の４種類の試験体条件に従って卓上ボール盤のドリルで垂直に案内孔を穿孔し、供試ねじを手作業で供
試材料にねじ込みました。尚、１条件あたり６試験体を作成しました。
表３

供試杉材板・柾目面条件
ねじ込み距離杉材及びブナにおける保持力試験体条件
条件

ねじ込み距離（ ）供試材料条件杉

表５ ねじ径及びねじ込み距離における保持力試験体条件

板目・柾目面

１５

２０

木

面

１５

２０

板目・柾目面

１５

２０

木

１５

２０

材
口

（

）

供試ねじ

孔径

4.5 × 50

１．５

１０

１５

２０

２５

5.1 × 50

２．０

１０

１５

２０

２５

5.8 × 45

２．５

１０

１５

２０

２５

案内孔距離はねじ込み距離から５引いた値

表６ ねじ径及びねじ込み距離における保持力試験体条件

ブ ナ 材
口

面

供試杉材木口面

供試ねじ、十字穴付き皿木ねじ呼び径（5.1 × 38）
条件
案内孔は、使用ドリル径２．０で穿孔

案内孔距離は、ねじ込み距離から５ねじ込み距離供試材料の材面状態

供試材料

杉

）

孔径

4.5 × 50

１．５

１５

２０

２５

３０

5.1 × 50

１．５

１５

２０

２５

３０

5.8 × 45

１．５

１５

２０

２５

３０

引いた値

表４ 材面状態における保持力試験体条件
条件

（

供試ねじ

呼び名

状態図

板目・柾目面

図２

節繊維直角方向

図３

節繊維平行方向

図４

死

図５

案内孔距離はねじ込み距離から５

引いた値

材
節

供試ねじ、十字穴付き皿木ねじ呼び径（5.1 × 38）
ねじ込み距離１５案内孔径１．５

図２、案内孔距離１０

図６ 試験体板目・柾目面図３

節繊維直角方向

２．３． ねじ保持力試験
ねじ保持力試験は、パーティクルボードの木ねじ保
持力試験（ＪＩＳ Ａ ５９０８）に準じて、試験体を固定して木ねじを垂直に引き抜き、それに要する最大荷重を測定し、その値をねじ保持力としました。ただし、引き抜き荷重速度は、約２ /min としました。
また、ねじ込み量差などを考慮しねじの引き抜き強さ
としては、引き抜き強さ＝（最大荷重Ｎ）／（ねじ込み量 ）で算出しました。

３．結

図４

節繊維平行方向
図５

死

節

果

３．１．杉材及びブナ材における保持力
杉材及びブナ材の供試材料における板目・柾目面及び木口面、ねじ込み距離別ねじ保持力の測定平均値を
表７、図７に示します。
軟質杉材と広葉樹ブナ材における木ねじ保持性能について比較した結果、軟質杉材の板目・柾目面におけ

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るねじ保持性能は、広葉樹ブナ材の半分以下の０．４１倍程度を示し、木口面も半分程度のねじ保持力を示しました。
また、ねじ込み距離による性能比較では、距離の増加とともにねじ保持力が増加し、距離２０ でそれぞれの供試材料とも５０〜６０％の増加を示し、ねじ込
み距離１ あたりの引き抜き強さでも、約１．１倍程
度の増加傾向を示しました。
表７

保持力
(KN)

引抜き強さ
(KN ／ )

板目・柾目面

１．１６

０．０７９

節繊維直角方向

２．４９

０．１６７

節繊維平行方向

２．４８

０．１６６

死

１．４０

０．０９４

供試材料面

測定値

節

杉材及びブナ材における保持力測定結果

ねじ込み距離供試材料条件

１５

２０

１．１６
(0.079)１．７５(0.088)面

０．８６(0.058)１．２８(0.064)

板目・柾目面

２．８４(0.190)４．５９(0.232)

１．７５(0.117)２．７７(0.139)板目・柾目面
杉

表８ 材面状態における保持力測定結果

材
木

口

ブ ナ 材
木

口

面

引抜き強

死 節
板 目・柾 目面
節 繊維 直角 節
方 繊維 平行 方
杉材各面

図８ 材面状態における保持力比較
注：上段はねじ保持力平均値（ＫＮ）：下段（）内はねじ込み距離１当たりの引抜き強さ(KN ／ mm)

杉材 板・柾目面
ブナ材 板・柾目面
杉材 木口面
ブナ材 木口面

保持

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３．３．ねじ径及びねじ込み距離における保持力
杉供試材料における供試ねじ呼び径及びねじ込み距
離（量）別のねじ保持力の測定平均値を表９（板目・柾目面）、表１０（木口面）図８に示します。
軟質杉材板面のねじ保持性能は、木ねじのねじ込み距離に比例し、有意差が認められました。また、ねじ呼び径では、相関関係や有意差が認められませんでした。
軟質杉材木口面のねじ保持性能は、板目・柾目面ね
じ保持力の６４〜６５％程度の保持性能を示し、ねじ込み距離に比例し、有意差が認められました。また、
ねじ呼び径では、径の増加とともにねじ保持力の増加傾向を示しました。
表９ ねじ径及びねじ込み距離における保持測定結果
杉材板目・柾目面

みじ込み距離図７ 杉材及びブナ材における保持力比較

３．２．材面状態における保持力
杉供試材料における材面状態（節の発生状態）別のねじ保持力の測定平均値を表８、図８に示します。
間伐材などの軟質杉材では、節の出現が非常に多い
ことから、それぞれの節出現状態ごとに木ねじ保持性能を比較した結果、軟質杉材の板目・柾目面より健全な節で２．１倍程度の増加傾向を示し、死節で１．２倍程度の増加傾向を示しました。しかし、節部への木
ねじのねじ込み作業での材料割れなどから、木ねじ保
持力測定結果で非常に大きなばらつきを示しました。

ね
じ
込
み
量

１０

１５

２０

２５

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

４．５

０ ５２
(0 052)

１ １７(0 078)１ ５６(0 085)２ ２７(0 091)

５．１

０ ６２(0 062)１ １６(0 079)１ ７５(0 088)２ ３１(0 094)５．８

０ ５６(0 056)１ ２３(0 082)

１ ９５(0 099)２ ６３(0 106)

呼び径

注：上段はねじ保持力平均値（ＫＮ）：下段（）内はねじ込み距離１

1

■9■

当たりの引抜き強さ(KN ／ mm) 

今後、杉集成材での学校用家具の開発や軟質杉材の表面強化、複合化材料の開発及びねじ保持性能の検討を行いたいと思います。

表５ ねじ径及びねじ込み距離における保持測定結果
杉材木口面

ね
じ
込
み
量

呼
び
径

１５

２０

２５

３０

参考文献

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1)

木材工業

古澤富志雄・宮原和人：

タッピンねじによる化粧パーティクルボードのねじ保持

４．５

０.７３
(0.049)１.００(0.050)１.４８(0.059)２.０５(0.068)５．１

０.８６(0.058)１.２８(0.064)１.７０(0.068)２.２０(0.074)５．８

０.９６(0.060)１.２６(0.063)１.８３(0.073)２.３２(0.077)

ＶＯＬ．４７，ＮＯ．８，1992 ､ pp.367-371

注：上段はねじ保持力平均値（ＫＮ）：下段（）内はねじ込み距離１当たりの引抜き強さ(KN ／ mm)

板・柾目面 4.5
板・柾目面 5.1
板・柾目面 5.8
木口面 4.5
木口面 5.1
木口面 5.8

3.00

2.50

2.00

1.50
保持
1.00

0.50

0.00
0

5

10

15

20

25

30

35

みじ込み距離(m m )

図９ ねじ径及びねじ込み距離における保持力比較

２．結言
軟質杉材とスチールや金物との締結に推奨されている木ねじによるねじ保持性能に関する基礎的資料を得る目的で、木ねじ保持力試験に準じて検討した結果、次のことを得ました。
（１）軟質杉材の木ねじ保持力は、板面、木口面とも広葉樹ブナ材の半分以下程度の性能であることを確認しました。また、ねじの保持力は、ねじ込み距離(量)に比例し増加することを確認しました。
（２）杉材の節面におけるねじ保持力は、無節板面の１．２〜２．１倍程度の性能であることを確認しまし
た。



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9■
6


■

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樹皮繊維原料による壁紙資材の開発
Development of wall paper from raw bark fiber
会津若松技術支援センター 橋本春夫（株）松竹工芸社 代表取締役 小針 悦也
樹皮繊維原料による壁紙資材の開発を行うため、樹皮ボード製造実験を行いました。その結果、樹皮繊維等を原料とした樹皮ボード製造、スライス加工による単板化が可能となり、新規壁紙資材の開発が成され成果が得られました。
今後、樹皮繊維壁紙資材の成果移転に向け、繊維原料や環境に優しい接着剤等について企業と共同で検討を行う予定です。
Key 杉樹皮、樹皮繊維、樹皮成型、樹皮ボード

１．緒言

その基本的な製造実験（図１）における検討要素として、下記項目について検討を行いました。
１．樹皮繊維原料の選別及び添加原料の検討
２．合成樹脂接着剤、添加剤の選定及び樹皮混合物の調製、成形品の作成
３．成形品の乾燥度及び加熱圧縮装置による成型樹皮
ボードの作成、単板化

製材工場残廃材として排出される樹皮（杉樹皮）の有効利用及び天然繊維資源を活用した壁紙素材の開発を目的として、杉樹皮繊維原料と接着剤用樹脂及び添加剤による樹皮成形化、加熱圧縮装置による成型樹皮
ボードの製造実験及び樹皮ボードのスライス加工による単板の製造実験を実施しました。
本製造実験では、パーティクルボードの製造工程を参考にしながら、樹皮ボードの単板化による壁紙資材
３．結 果
３．１．樹皮繊維原料の選別及び添加原料の検討の可能性を検討しました。
漂白樹皮繊維原料は、白色内樹皮と堅い黒色外樹
公募型ものづくり短期研究開発事業で、要望された（株）松竹工芸社と共同研究開発として実施しました。 皮に選別し、前者は長い繊維状原料と綿状原料からなり、長さ５０ 程度に切断し、水分約１５％まで乾燥させたものを樹皮主原料として用いました。後者の堅２．実験方法い黒色外樹皮は、乾燥後粉砕機で粉砕しチップ状原料
２．２． 樹皮ボードの製造方法で用いました。
漂白杉樹皮を選別した解繊原料に混合した合成樹脂
また、樹皮繊維では繊維間空隙が多いことから、２接着剤等を加えて撹拌混合し、成形枠で混合物を均一程度のコルクチップを添加原料として用いました。
な板状成形品を作成しました。その後、表面が乾燥しその樹皮繊維原料の配合調製は、意匠的面及びスラたことを確認したあと、７０℃の恒温恒湿機の中で強イス加工性から、内樹皮：外樹皮粉砕：コルクチップ
制乾燥させ、１１０℃加熱圧縮圧縮装置で成型樹皮ボを、約６：３：１の重量比率で配合したものを用いまードの製造を行いました。その成型樹皮ボードでの単した。
板化（厚 0.15 〜 0.20 ）の可能性について検討を行
それぞれの原料の性質を表１に、形状を図２示しま
いました。
す。
樹皮の調製
合成樹脂接着剤
表１ 原料の性質の調製
種
樹皮・接着剤撹拌混合

成形枠での成形

７０℃強制乾燥

単板化

加熱圧縮成型

成型樹皮ボード

図１ 製造実験工程

類

含 水 率
(％)

密
度
(使用状態)

吸 水 率
(％)

内樹皮

１５.２

０.０６８

３２０

外樹皮

１２.０

０.１０１

１８０

コルクチップ

１８.２

０.０６７

２７０

外樹皮

コルクチップ内樹皮

図２ 樹皮などの原料

97


■
■

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３．２．合成樹脂接着剤、添加剤の選定及び樹皮混合物の調製、成形品の作成
軟質で加工性に富む樹皮ボードの開発を目的に、配合調製樹皮に加える合成樹脂接着剤及び膨張剤の混合割合等について検討を行いました。
合成樹脂接着剤、膨張剤の混合割合を表２に示します。樹皮繊維原料に対して 5.4 〜6.4倍（重量比）のその混合接着剤を加えて、撹拌混合、成形による樹皮ボードが単板化での繊維間空隙や軟質化に最も効果が得られました。
樹皮に接着剤を加えた混合物は、ミキサーで２０min 撹拌混合し、成形枠で混合物を均一な板状成形品（W １５０× L ３００×ｔ１２ ）を作成しました。

表３ 乾燥度と樹皮ボードの単板化
７０℃強制乾燥度
単板の空隙状態
重量減少率
(％)

時間
(hr)

−２８．１

１８

板中心部の単板化が不可能

−３１．２

３０

板中心部の単板に空隙有り(図４)

−４５．２

９６

板中心部まで概ね単板化(図５)表２ 合成樹脂接着剤などの混合割合
特殊変性
酢ビ系

酢ビ系

ＳＢＲ
系

膨 張
剤

水

３０

２０

２０

８

２２

混 合
割 合
(％)

３．４．成形品の乾燥度及び加熱圧縮装置による成型
樹皮ボードの作成
樹皮成形品の乾燥は、７０℃の恒温恒湿機の中で強制乾燥後、成型木枠内部に樹皮成形品をセットし、加熱圧縮装置（ホットプレス）で圧縮しながら、１１０℃設定温度で、２５ｍｉｎ加熱成型を行いました。
その乾燥度と加熱圧縮装置における成型樹皮ボードの軟質化及び内部空隙率の減少について検討を行いました。
樹皮成形品の７０℃強制乾燥における重量減少経過を図３に示します。 乾燥度と成型樹皮ボードの単板化における空隙状態を表３、図４，図５に示します。
樹皮成形品は十分に乾燥させ、１１０℃加熱圧縮装置で成型することにより、繊維間空隙や内部未乾燥による樹脂移動からの内部空隙の減少が得られ、最も効果的な単板が得られました。

図４ 空隙が多い単板

図５ 良質単板

２．結言
樹皮繊維原料による壁紙資材の開発を行うため、樹皮ボード製造実験を行いました。その結果、樹皮繊維等を原料とした樹皮ボード製造、スライス加工による単板化が可能となり、新規壁紙（下図）の開発が成され成果が得られました。

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‑30
重量
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‑40
‑45

今後、樹皮繊維壁紙資材の成果移転に向け、繊維原料や環境に優しい接着剤等について企業と共同で検討を行う予定です。

‑50

図３ ７０℃強制乾燥における重量減少経過図

参考文献
1)

小野和雄：

改良木材実験書
発行所



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100



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画像処理による寸法測定装置の開発
A development of measurement system make use of image processing
応用技術部

高橋

淳

大内

繁男

小型電子部品の検査工程で寸法測定を自動化するために、画像処理を利用した寸法測定装置を開発した。一度に複数個の位置や寸法を非接触で測定し、製品の良否を判定することができる。
画像処理装置の構成は、拡散照明装置、テレセントリックレンズ、CCD カメラ、画像を入力するフレームグラバーボード、パーソナルコンピュータなどからなっている。
寸法測定や、位置測定では、カメラキャリブレーションが重要である。カメラキャリブ
レーションを自動化するために、ロンキールーリングという平行線を規則正しくガラス板に配列したものを用いた。CCD カメラには、テレセントリックレンズを取り付けた。テレセントリック光学系では、カメラと測定対象物の距離が変化しても像の大きさがほとんど変化しないので誤差の少ない測定ができる。開発した寸法測定装置では、測定分解能が13.4 μ m であった。
Key words:画像処理、寸法測定、位置測定、パターン認識、検査

1. 緒言
画像処理を利用した、小型電子部品の寸法測定装置を開発した。開発した寸法測定装置は、非接触で複数の位置計測を同時に実行できる。
正確な位置計測を行うために、テレセントリックレンズを使用した。カメラキャリブレーションの基準画
像には、ロンキールーリングという平行線を規則正しく配置したガラス板を利用した。プログラム開発には、
VisualBASIC6.0 を使用した。
以下， 2.では寸法測定装置の構成，3.では画像処理手法について述べる。

2. 寸法測定装置の構成
図 1 に開発した寸法測定装置の構成を示す。テレセ
ントリックレンズを取り付けた白黒 CCD カメラ、拡散照明装置、画像を取り込むフレームグラバーボード
PXC-200L、パーソナルコンピュータなどからなっている。PXC-200L は，パーソナルコンピュータの PCI
バスのスロットに組み込まれている。画像処理データの入出力プログラムの開発は PXC-200L に付属しているライブラリを使用し、画像処理プログラムは
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フレームグラバーボード

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映像信号

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図2

カメラキャリブレーション

VisualBASIC6.0 で開発を行った。 テレセントリッ
クレンズには、以下のような特徴がある。
主光線が光軸に対して平行である。
物体とレンズの距離による位置誤差が少ない。
寸法誤差が少ない。
テレセントリックレンズでは、レンズの倍率がほぼ一定なのでカメラキャリブレーションを一度行えばよい。カメラキャリブレーション用の基準画像としては、平行線を規則正しく配置したロンキールーリングを使用した。図 2 に示すように、ロンキールーリングをカメラで撮影し、画像中にある黒線と白線のペアの数を数え、画素数を求めることによって自動的に 1 画素あたりの寸法を求めることができる。図 2 に実際にカメC C D カメラ
画像データ
テレセントリックレンズ
拡散照明装置パーソナルコンピュータ

図1

拡散照明

寸法測定装置の構成

一般的照明

図3


■101
■

拡散照明と一般的照明

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ラキャリブレーションを行った画面を示す。倍率 1 倍のテレセントリックレンズを使用したときに 1 画素の寸法は 13.4 μ m であった。
画像処理装置を応用する場合には、照明が重要である。検査対象の部品が金属を使用していたので、金属表面の正反射の影響を受けないようにするために拡散照明装置を使用した。
拡散照明と一般的な照明の違いを図 3 に示す。一般
的な照明では、鏡面状の物体からの反射光が非常に強くなる部分があって金属表面の状態を観測しづらくなることがある。拡散照明を使うと、正反射がほとんどなく、鏡面状の物体の表面状態を観測しやすくなる。

図43.

位置計測プログラムの画面

4. 結言

画像処理プログラムの開発

画像処理プログラムは、 VisualBASIC6.0 を使用して開発した。汎用の画像処理サブルーチンパッケージである SPIDER を参考にして製作した。(1)
主なプログラムとしては、濃淡ヒストグラム、判別分析法、画像の 2 値化、2 値画像のラベリング、ラベ

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ノイズ除去
判別分析法
重心
2値化
ピン位置計算
ラベリング
面積

判定
EN D

図5

位置計測プログラム

ル画像の面積、重心、輪郭線などを求めるプログラム
である。
図 4 に実際に開発した位置計測プログラムの表示画面を示す。撮影画像中の黒い穴の中心位置を求め各穴の間隔を測定している。
位置計測プログラムの処理手順は図 5 に示したようになっている。入力画像のサイズは 640 × 480 画素で濃淡値は 256 レベルである。
照明や周囲の明るさの変化に影響されにくい画像処理を行うために、始めに入力濃淡画像の濃度ヒストグ
ラムを求めている。濃度ヒストグラムから判別分析法
によって 2 値化のための最適なしきい値を求めている。
求まったしきい値で濃淡画像を 2 値化する。2 値化された画像はラベリングされ 1 個 1 個の穴が分離される。
ラベル付けされた画像の面積を計算することにより、面積が基準値以下のものをノイズとして除去する。
ノイズを除去したラベル画像の重心を計算すると、ラベル画像の中心座標が求まる。測定対象は図 4 に示
すように円形の穴で、重心の座標が円の中心になっている。得られた座標値は、ラベル付けされた順序に並んでいるので、XY 座標の大きさ順に並べ替えを行う。
中心座標を表に表し基準値と比較することによって良品不良品の判定をする。

小型電子部品の検査を行う寸法測定装置を、パーソ
ナルコンピュータとフレームグラバーボードを使って製作した。
画像処理プログラムは、汎用画像処理プログラム集の SPIDER を参考にして基本的な画像処理モジュールを開発した。
パーソナルコンピュータの高速化に伴って、画像処理をパーソナルコンピュータで実行することが可能になってきたが、積和演算を多数繰り返す重心計算などは負担が重い。
今回開発した装置では、高速な処理は要求されていなかったが、重心計算でほとんどの時間を費やしていた。
今回開発したプログラムでは、測定対象に応じてい
くつかのウィンドウを設定し、処理範囲を限定して処理時間を削減できるようにしている。
今後は、ユーザインタフェースの改善、入力画像の評価機能、周辺機器との通信機能などを追加する予定
である。

5. 文献
(1) SPIDER 作業グループ,"画像処理サブルーチン・
パッケージ,"共同システム開発,Feb.1984.

102



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105

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■■



106

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画像処理によるジャンケンマシンの開発
A development of Janken machine make use of image processing
応用技術部

高橋

淳

大内

繁男

福島県で開催された「うつくしま未来博」の未来産業館に、画像処理を利用したジャンケンマシンを出展した。ジャンケンマシンが画面上に出した手と、対戦相手の手を比較して勝ち負けを判定する装置である。ジャンケンマシンは、パーソナルコンピュータ、映像を入力するフレ−ムグラバーボード、カラー CCD カメラ、照明装置などから構成されている。プログラム開発には VisualBASIC6.0 を使用した。
誰にでも容易に使えるように、ジャンケンマシンには起動停止以外に必要な操作はない。ジャンケンマシンの動作に必要なパラメータは自動的に設定している。設置場所における室内の明るさの変動、対戦相手の不均一な手の大きさ、手を出してくるタイミングや方向のちがいなどに対応できるようにプログラムを設計した。ジャンケンマシンは、約 3ヶ月の間、特に誤動作もなく安定に動作した。
Key words:画像処理、パターン認識

1. 緒言
平成 13 年 7 月 7 日から 9 月 30 日まで開催された、
うつくしま未来博の未来産業館に、画像処理を利用したジャンケンマシンを出展した。ジャンケンマシンが画面上に出した手と、対戦相手の手を比較して勝ち負
けを判定する装置である。
ジャンケンマシンは、1.5GHz の Pentiumを搭載したパーソナルコンピュータと、映像を入力するフレ−ムグラバーボード PXC-200L、カラー CCD カメラ
DC-700 から構成されている。プログラム開発には、
VisualBASIC6.0 を使用した。OS は WindowsNT4.0 である。基本的な画像処理プログラムは、 SPIDER( 1) を参考にして開発した。
ジャンケンマシンの動作環境では、室内の明るさの変動、対戦相手の不均一な手の大きさ、手を出してくるタイミングや方向のちがいなどがある。ジャンケン
マシンの設置場所で考えられる環境変動のもとで、常に安定して動作するシステムを設計した。
ジャンケンマシンを操作する側も、対戦する側も画像処理やコンピュータに詳しくない人がほとんどなので、起動、停止以外の動作はすべて自動化した。
以下、 2.ではジャンケンマシンの構成、3.では手の形状認識方法について述べる。

2. ジャンケンマシンの構成
ジャンケンマシンの開発期間が 4 ヶ月と短期間であったので、高速なパーソナルコンピュータと高級言語を使用することにした。画像入力部には、カメラから取り込んだ画像を VisualBASIC のプログラムで画像配列に直接取り込めるフレームグラバーボード
PXC-200L を使った。画像処理は、リアルタイム処理が必要となるため、開発時点で入手できる最高速のカラーC C D カメラ

フレームグラバーボード
映像信号

画像データ
P C Iバス
照明装置

W indow sN T 4.0
V isualB A S IC 6.0
パーソナルコンピュータ

図1

P entium

1.5G H z

ジャンケンマシンの構成

CPU と PCI バスが搭載されたパーソナルコンピュータを使用した。
図 1 にジャンケンマシンの構成を示す。カラー
CCD カメラが接続されたフレームグラバーボード
PXC-200L は、パーソナルコンピュータの PCI バスのスロットに組込まれている。PXC-200L に付属しているライブラリを使用して VisualBASIC6.0 でプログラ
ム開発を行った。
PXC-200L は、1 画面を 640 × 480 画素の 1/2n(n=0〜 4)で画像を入力することができる。今回開発したジャンケンマシンでは、画像処理速度を速めるために
160 × 120 画素で使用した。
画像処理用のプログラムとしては、濃淡画像のヒス
トグラム計算、判別分析法によるしきい値の選択、ラベリング、ラベル画像の面積計算、ラベル画像の重心計算、2 値画像の輪郭線抽出などを製作した。基本的な画像処理プログラムは、SPIDER を参考にした。画像処理プログラムの構造は今後の利用も考えて、汎用性を重視した。

107


■
■

 

(a)グ ウ15(b)チ ョ キ
図228(c)パ ー

47

手の形状と特徴量

3.画像処理手法
ジャンケンマシンとして要求される条件として、一度起動したら安定して動作することが重要である。周囲の明るさの変動や、不均一な手の形、手が出てくる
方向などに影響を受けることなく、正しく勝敗を判定する必要がある。ジャンケンマシンの取り扱いでは、使用する側も、対戦する側も画像処理やプログラムについては知識を持っていないことがほとんどなので、操作する部分を最小にすることを目標にした。

出した指を特定していないので、中指と人差し指を出しても、親指と人差し指をだしてもチョキと判断することができる。問題点としては、指を 3 本または 4
本出した場合、しきい値の設定値によってチョキと判断されたりパーと判断されることである。グウ、チョ
キ、パー以外であることを認識するためには指の本数を数える必要がある。

3.2

照明と画像処理プログラム

未来産業館の照明は、天候の変動による室内の明るさの変化や、多くの人が出入りすることによって周囲
3.1 手の形状認識の明るさが大きく変動することが考えられた。画像処
不特定多数の人が対戦するジャンケンマシンのため理装置を安定に動作させるためには、室内の明るさのに、手の大きさ、指の太さや長さ、手が出てくる方向
変化に追従できる機構が必要になる。
などに影響を受けない認識方法を検討した。
撮影画像から手を検出するためには濃淡画像を 2 値
手の形状を認識するために使用したのは、(1)式に化している。しきい値を固定すると周囲の明るさの変示す値である。
化によって正しい 2 値画像が得られない可能性が高い。
周囲長 2
特徴量
周囲の照明の変化から影響を受けにくい照明と 2 値画=
(1)
面積
像の取得方法について検討した。
ジャンケンをリアルタイムで行うためには、画像処(1)式に示す特徴量は、図形の複雑度を表している。
理に要する時間をなるべく短くしなければならない。
凹凸の多い図形は特徴量の値が大きくなり、円に近い手の認識に必要な前処理の負担をなるべく減らすこと
図形は特徴量が小さくなる。半径 r の円の場合は特徴を考え、撮影条件を工夫した。画像処理プログラムに量が 13 で、1 辺の長さが r の正方形の場合は特徴量が 16 になる。円も正方形も r の値によらず特徴量は形状によって同じ値になる。
図 2 に、グウ、チョキ、パーの認識を行った画像と特徴量を示す。(1)式からもわかるが、方向に関する要素がないので、画面のどの方向から手を出しても特徴量に変化がほとんどない。特徴量は、図形の周囲長が n 倍になれば面積が n2 倍になると考えると画像の倍率によって特徴量は変化せず、形状による固有の値を示すことになる。
（グウ）<（チョキ）<（パー）( 2)
グウ、チョキ、パーの特徴量には( 2)式のような関係がある。
ジャンケンマシンのプログラムでは、グウとチョキを分離するしきい値を 25、チョキとパーを分離する
しきい値を 40 とした。

1■
08



■

図3

ジャンケンマシンの設置状況 STA RTを及ぼす。白く光るバックライトの前で手を出してもらうようにしたが、外乱による影響を受けにくいプロ
グラムを組込んだ。周囲の明るさの変化に対応できる
2 値化のためのしきい値決定方法として、判別分析法を採用した。
手を撮影した入力画像は、手と背景からなっている。
入力画像のヒストグラムを作ると、手の部分と、背景の部分の 2 つの山がある双峰性のヒストグラムになる。
入力画像の濃淡レベル数 L=256、全画素数 N=160
× 120、濃淡値 i(i=0 〜 255)の画像数を ni とする。
濃淡頻度確率 pi は(3)式、全画像の平均濃淡値 m は(4)式のようになる。

STA RT

判別分析法

画像認識

2値化
無

ラベリング

手の有無

面積
有
ノイズ除去

重心

周囲長

特徴量

判定

EN D

(a)画 像 処 理 手 法
図4

EN D

(b)勝 負 の 判 定

ni

pi=

(3)

N

ジャンケンの手順

L-1

は、予期せぬノイズや照明条件の変動にも耐えられる
ような機能を持たせた。
ジャンケンマシンの設置状況を図 3 に示す。人形の右手にカメラが組み込まれている。人形の左手の下にバックライトがある。白い長方形のバックライト上で手を出してもらい、背景の処理や影の影響を除去している。1 台のカメラで撮影しているので、手のひらをカメラの視線方向に対して垂直に出してもらう必要がある。
画像処理の手順は図 4 に示すようになっている。
160 × 120 × 8 ビットの濃淡画像を取り込み、濃淡値のヒストグラムを作る。2 値画像を作るために、判別分析法を用いて濃淡値のヒストグラムから、しきい値を決定する。統計的手法によって求めたしきい値で濃淡画像を 2 値化する。2 値画像にはノイズ成分が含まれている可能性があるので、ラベリングを行う。ラベ
リング終了後、各ラベル画像の面積を計算する。最も面積が大きなラベル画像を手であると判断する。手と判断されたラベル画像以外の画像は消去する。手の面積計算を行った後に重心も計算している。
以上の作業で画像中には手の 2 値画像だけが残る。
手の面積はすでに求まっているので、周囲長を計算し、(1)式で特徴量を求める。あらかじめ設定した 2 つのしきい値を基に、手の形状を判断する。
以上の作業で、ジャンケンの対戦相手の手が何を出しているのか判断できる。

m=

ip i

(4)
しきい値を t としてヒストグラムを C1 と C2 の 2 つのクラスに分離する。
i=0

C1= 0〜t(5)
しきい値を t とした場合、濃淡値の 0 次モーメントω t と、1 次モーメント St は(6)式、(7)式のようになる。
C2= t+1〜L-1

t

ωt=

pi

(6)

i=0
t
st=

ipi

(7)
クラス C1 の画素の生起確率ω 1 と、クラス C2 の生起
確率ω 2 は(8)式、(9)式となる。
i=0

t

ω1=

pi =ωt

( 8)

i=0
L-1

ω2=

pi =1-ωt( 9)
クラス C1 の平均濃淡値 m1 とクラス C2 の平均濃淡値
m2 は、(10)式、(11)式に示すとおりになる。
i=t+1

t

m1=
m2=

i=0

ipi

ω1

L-1

ipi

i=t+1

ω2

=

=

st

(10)

ωt

m-st

(11)

1-ωt

ここでは、(12)式の関係がある。

(12)以上のことから、C1 と C2 の 2 つのクラス間の分散
σ 2 は(13)式のようになる。
3.3 しきい値の決定方法
222
図 3 に示したジャンケンマシンを設定した会場では、 σ =ω1 m1-m +ω2 m2-m
太陽光や入場者によって照明が大きく変動することが予想された。
ジャンケンマシンでは、カメラで撮影した画像中から手を抽出するために、画像の 2 値化を行っている。
入力画像の 2 値化結果が、手の認識結果に大きな影響ω1m1+ω2m2=m=ω1ω2 m1-m2 2=

mωt-st 2(13)
ωt 1-ωt(13)式で t を 0 から 255 までの範囲で変化させ、分散が最大になる t を 2 値化のための、しきい値として
いる。

109



■
■

 

重心
重心

手を検出す
る範囲
入力画像範囲図5

画像中の重心の移動
図7

3.4

ジャンケンマシンの画面表示

手の有無の検出の画面は通常は、対戦相手に見えないようになっている。
ジャンケンマシンで、どのようにしたら人間対人間
対戦相手の手が出て、ジャンケンのすべての判定がのような雰囲気でジャンケンができるか検討した。ス
終わるまでには約 0.1 秒の時間を要している。画像のイッチによる ON、OFF 信号や、音声信号をトリガ信
表示順序を工夫して後出しには見えないようにした。
号としてジャンケンを開始することを検討したが、最図 7 がジャンケンマシンの表示画面である。左上に終的に画像中に手が出現したことを検出してジャンケ
画像処理された対戦者の手が表示され、右上にジャンンを開始するようにした。
手の出現を検出するために 2 つの方法を用いている。 ケンマシンの手が表示されている。
最初に、濃淡値のヒストグラムを監視し、ヒストグラ
ムの山が 1 つだけの場合は背景を撮影していると見な
して画像のサンプリングを繰り返すようにした。
2 番目に、2 値画像の重心を求め、図 5 に示すように、重心が画像の周辺部分を通過して、中央部分に移動した場合に手が出たと判断するようにした。
図 2 の(a)、(b)、(c)の中央部に白い点で表示されているのが実際に計算で求めた手の重心である。

4. 結言

未来産業館に展示するジャンケンマシンをパーソナ
ルコンピュータとフレームグラバーボードを使って製作した。照明環境の変化、対戦相手の手の大きさ、手を出す方向など、様々な外乱から影響を受けず安定に動作するジャンケンマシンを完成させた。
今回開発したジャンケンマシンの問題点としては、
カメラと手のひらが垂直方向にないと正しく判断できないことである。1 台のカメラでは正しく手を捉えきれない場合があるので複数のカメラを利用することを検討してみたい。
スライダーで勝率を決める
撮影環境を簡単にするために、背景を除去できる撮影法も検討しなければならない。
ジャンケンマシンのプログラムは、産業用に利用することも意識して製作した。画像処理プログラムは、
汎用画像処理プログラム集の SPIDER を参考にして基本的な画像処理モジュールを開発した。
図6 勝率の決定
VisualBASIVC6.0 は、プログラム開発環境が整っているので、中小企業でも容易にプログラム開発ができ
3.5 ジャンケンの勝敗る。今回開発したジャンケンマシン用の画像処理プロ
ジャンケンの最後の処理として勝敗を判断する必要
グラムは、県内企業から技術相談があった小型金属部がある。今回開発したジャンケンマシンは最強のジャンケンマシンということで、すべて後出しをしている。 品の寸法計測装置の開発などにも応用している。画像処理プログラムを中小企業に提供することによって、
パーソナルコンピュータの画面上に表示したスライダ
画像処理システムの開発を支援できた。
ーを 0 から 100 の間で調整することにより勝率を自由に制御できる。
5. 文献
勝負は、1/3 の確率であいこになり、残り 2/3 をス
ライダの設定値と乱数によって勝ち負けを決めている。 (1) SPIDER 作業グループ,"画像処理サブルーチン・
図 6 に勝率を決定するスライダの画面を示す。図 6
パッケージ,"共同システム開発,Feb.1984.

110



■
■

 

県産農作物の品質特性の把握と食品素材化技術に関する研究
Understanding the quality characteristics of agricultural products from Fukushima prefectureand studies on the technology of producing food material
会津若松技術支援センター 河野圭助 大野正博 齋藤裕子
県産農作物のうち、桑の葉と柿の葉について機能性成分を効率的に保持する素材化の方法について検討した。
桑の葉のγ−アミノ酪酸、柿の葉のタンニンについては、真空凍結乾燥粉末が最も含有量が多いことが明らかになった。また桑の葉の乾燥粉末ではα‑グルコシダーゼ活性の抑制作用が認められた。

Key words:桑の葉、柿の葉、乾燥粉末、γ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ）、タンニン、α‑グルコシダーゼ活性１．緒言
食品に対して「安全、安心、健康」志向が高まり、健康の維持・増進等に寄与する食品や高齢者向け機能性食品の開発が求められている。そこで本研究では県産農林水産物の生理機能特性を把握し、それらの生理活性機能を強化した食品素材化・食品開発を目指す。
１３年度は先行して試行する農産物として、桑の葉、柿の葉を取り上げ、機能性成分を効率的に得られるよ
うな素材化の方法について検討した。

２．実験方法
２．１．供試原料
桑は旧・蚕業試験場（現・農業試験場梁川支場）にて１３年９月１２日に採取した「しんけんもち」「改良鼠返」「きぬゆたか」の３品種を用いた。また柿の葉は果樹試験場にて１３年８月１５日に採取した「平タンニン
柿の実、葉などに含まれるポリフェノール成分であり、血圧上昇抑制作用がある３）。乾燥粉末に８０％メ
タノールを加えて磨砕抽出で得られた供試液を用い、Folin‑Denis法４）で測定した。
α−グルコシダーゼ活性への影響
桑の葉に含まれる１−デオキシノジリマイシン（ＤＮＪ）は桑以外の植物にはまだその存在が確認されていないアルカロイドであり、糖分解酵素（α−グルコシダーゼ）を強く阻害することによって、腸管内における糖質の消化吸収を遅延させ、血糖値の上昇を抑制する効果のあることが明らかにされている５)，６）。
桑の葉のα−グルコシダーゼ活性への影響を調べる
ため、乾燥粉末の５０％エタノール抽出液、熱水（９０℃）抽出液（いずれも５０倍希釈液）を反応液に加えて、α−グルコシダーゼ活性を測定した。

核無」「蜂屋」の２品種を用いた。

３．実験結果及び考察

２．２．乾燥処理
真空凍結乾燥
凍結温度−４０℃、棚温２０℃で４８時間、真空凍結乾燥機（TFD‑550, 宝製作所）で乾燥した。
低温除湿乾燥

３．１．乾燥粉末
各乾燥粉末の写真を表１に示す。熱風乾燥では加熱により褐変が進んでいる。緑色を保持するためには真空凍結乾燥あるいは低温除湿乾燥が適していると考えられる。

庫内温度２０℃で２４時間、除湿乾燥機（IHR‑06‑4,
稲葉屋冷熱産業）で乾燥した。
３．２．ＧＡＢＡ含有量
熱風乾燥
桑の生葉、乾燥粉末の乾燥重量あたりのＧＡＢＡ含庫内温度８０℃で２４時間、熱風循環式定温乾燥機 有量を図１に示す。乾燥方法ごとに見ると、どの品種（そよかぜ， いすゞ製作所）で乾燥した。
でも真空凍結乾燥粉末が最も含有量が高かった。
２．３．乾燥粉末の分析
γ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ）
高等動物における神経伝達物質であり、血圧降下作用がある１）。生の葉および乾燥粉末に７５％エタノー
ルを加え、８０℃還流抽出法２）で得た供試液について
全自動アミノ酸分析機（ＪＬＣ−５００／Ｖ、日本電子データム）で定量した。

３．３．タンニン含有量
柿の葉の各乾燥粉末のタンニン含有量を図２に示す。
乾燥方法ごとに見ると、２品種とも真空凍結乾燥粉末
が最も含有量が高かった。




111
■
■

 

表１

品

桑の葉・柿の葉の乾燥粉末

種 真 空 凍 結 乾 燥 低 温 除 湿 乾 燥 熱

風

乾

燥

しんけんもち
桑

改

良

鼠

返

き ぬ ゆ た か
平

核

無

柿
蜂

屋

300
250
200
150
100
ＧＡ

50
0
A

B

C

D

A

しんけんもち

図１

B

C

D

A

改良鼠返

B

C

D

きぬゆたか

桑の葉のＧＡＢＡ含有量（乾燥重量あたり）（Ａ：生葉、Ｂ：真空凍結乾燥粉末、Ｃ：低温除湿乾燥粉末、Ｄ：熱風乾燥粉末）
14

12

10

8

6

4

2

0
B

C

D

B

平核無新葉

図２

C

D

蜂屋成葉

柿の葉粉末のタンニン含有量（Ｂ：真空凍結乾燥粉末、Ｃ：低温除湿乾燥粉末、Ｄ：熱風乾燥粉末）

■■

112



 

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

熱水(90℃)抽出液
５０％エタノール抽出液

対照

B

C
しんけんもち

図３

D

B

C

D

改良鼠返

B

C

D

きぬゆたか

桑乾燥粉末抽出液のα−グルコシダーゼ活性への影響（Ｂ：真空凍結乾燥粉末、Ｃ：低温除湿乾燥粉末、Ｄ：熱風乾燥粉末）

３．４．α−グルコシダーゼ活性への影響
桑の葉の各乾燥粉末の５０％エタノール抽出液および熱水（９０℃）抽出液がα−グルコシダーゼ活性に及ぼす影響を測定した結果を図３に示す。対照は５０％エタノール、水をそれぞれ用いた。いずれの試験区
でも、α−グルコシダーゼ活性の抑制が認められた。
桑の葉の血糖制御作用については、神奈川県の衛生研究所等でラットを使った動物実験でも確認され、その成分が１−デオキシノジリマイシンであると同定された８）。本試験の結果から、８０℃で熱風乾燥した桑の葉においても、α−グルコシダーゼ活性を抑制するることが確認された。

参考文献
１）柴田承二ら編(1982)：薬用天然物化学．南江堂:
491２）鈴木忠直ら(1991)：食品総合研究所研究報告, No.
55:31‑36３）J.Inokuchi,et.al(1985)：Chem.Pharm.Bull.
33:264
４）S.TAIRA(1996):Astringency in Persimmon.
Modern Methods of Plant Analysis.18:97‑110
５）T.Niwa,et.al(1970):Agr.Bio.Chem.34:966
６）Y.Yoshikuni,et.al(1988):Agr.Bio.Chem.52:121
７）日下部功ら(2000)：新食品分析ハンドブック.建帛
社：334‑335

４．結言８）酒井案理ら(1996):機能性食品に関する共同研究事
業報告 第２号.神奈川県

桑の葉、柿の葉の乾燥方法による機能性成分への影響を調べた結果、桑の葉のγ−アミノ酪酸や柿の葉のタンニンについては真空凍結乾燥粉末が最も含有量が高かった。γ−アミノ酪酸については、桑の葉に窒素ガスで嫌気的な処理を行うことにより、含量が向上するという報告８）もあり、今後は嫌気処理をした後に素材化し、γ−アミノ酪酸をより多く含む素材の開発も検討したい。
また、桑の葉の各乾燥粉末においてα−グルコシダーゼ活性の阻害作用が確認された。この作用について
は、乾燥方法による明確な違いが認められなかったが、いずれの機能性についても、乾燥方法以外に品種や葉の収穫時期によっても違いがあると思われる。今後は品種や収穫時期の比較もしながら、より機能性の高い
食品素材の開発を検討する。

113



■
■

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--XRD Analysis of Ca(OH)2 - CaCO3 - CaO2 mixture  

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114
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115
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加飾技法を活用した洋食器の開発（３）Development of decorative technics for western tablewre
会津若松技術支援センター

佐藤

隆

竹内

克巳

佐竹

延明

伝統的な加飾技法の活用をベースに異種材同士の融合化を考えた商品開発の可能性について検討した。

Key words:加飾技法、堆花

１．緒言
付加価値の高揚と新たな市場開拓を目的に、化粧土を活用した様々な加飾を検討し、最終的には産地のオリジナルなテーブルウェアの開発という観点から漆工技法との融合化を考え 堆花 の技法に絞り込み、その効果と具体的な洋食器のデザイン展開、成型法について検討した。

２．試験・試作
１．１．堆花用化粧土の調合
漆工技術の堆朱・研出し文様との融合化を考え、基礎化粧土を基に２１種類の調合の中から５種類の色化
粧土と黒化粧土について焼成呈色効果の検討をした。
表・１

基礎化粧土と黒化粧土の調合

基礎化粧土
特級天草陶石蛙 目 粘 土福 島 長 石福 島 珪 石

３０％
４０％
１０％
２０％

表・２

黒化粧土
鬼
板
土
加 茂 川 石
蛙 目 粘 土２．２．デザインコンセプト
多様化された今日の食生活では、楽しくテーブルコーディネート出来る器の需要が想定される。
楽しむ器の扱い として加飾技法をベースにした
異種素材の融合化によるテーブルウェア、箸の似合う
普段使いの洋食器、ブランチセットの試作を計画した。
もっとも使いやすい形のオーバル皿を中心としたス
ナックトレー群を遊び心の加味できるタタラ打込成形
で 堆花 技法の特徴の表現できるデザインを考えた。

３．結言
単品による新商品の開発は容易でない今日、漆工の伝統技法との融合化を考え、色化粧土・黒化粧土を活用した 堆花 の加飾技法の試作を行い楽しくテーブ
ルコーディネート出来る洋食器 ブランチセット の試作を行った。加飾技法の活用による異種素材同士の融合化で新しい生活工芸の提唱を行いながら地域ブランドの商品化を図りたい。

３５％
３５％
３０％

色化粧土調合基礎化粧土＋B‑300 陶試紅〃＋G‑200 ローズピンク〃＋M‑6000 トルコ青〃＋M‑142 グリーン〃
＋P‑40 黄

５％
１０％
１５％
１５％
２０％

※顔料は外割で添加した以上の調合を基に 素地と化粧土との収縮
施泥
方法とその道具
化粧土の層数と彫り技法 の関係を試験し、焼成呈色の効果について検討した。
施泥時の層厚と乾燥時間の関係、黒化粧土の鬼板土の仮焼等々がポイントとして確認された。

116



■
■

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ブランチセット（１） 色化粧土・タタラ打ち込み成形
石灰バリウム透明釉
・１２３０℃ 酸化焼成（電気炉）

ブランチセット（２） 黒化粧土・タタラ打ち込み成形 石灰バリウム透明釉、亜鉛乳濁マット釉
・１２３０℃ 酸化焼成（電気炉）




■
■117

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炭酸カルシウムを利用したインクジェットプリンター用紙の開発
Development of inkjet-printer paper using CaCO3 as coating material
いわき技術支援センター
株式会社ファイマテック相馬工場

中山
内山

誠一
浩隆

緑川

祐二

齋藤

宏

炭酸カルシウムの用途拡大とインクジェットプリンター用紙の低コスト化のために、炭酸カルシウムをコーティング剤に利用したインクジェットプリンター用紙の開発を行った。
コーティング剤の無機成分で、炭酸カルシウム１００％の場合は印字の際の滲みが著しく使用には耐えなかったが、炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０で粒径を最適化するなどの工夫により、印字の際の滲みが抑えられ、ウェザーメータや屋内暴露による耐候性試験
でも、市販品と遜色のない試作品ができた。
Key words:インクジェットプリンター用紙、炭酸カルシウム、コーティング剤、耐候性

１．緒言
インクジェットプリンター用紙（以下プリンター用紙）のコーティング剤は、有機成分と無機成分から成り、現在市販されているプリンター用紙のほとんどは無機成分としてシリカが主成分として使われていて、他の成分は微量という現状である。
炭酸カルシウムはシリカに比べてコストが安く、コーティング剤に利用することでプリンター用紙の低コスト化が図れる利点がある。そこで、炭酸カルシウムの用途拡大とプリンター用紙の低コスト化を目的に試作・評価を行った。

5 ％とした。サンプルの大きさは 12.5 × 6cm で４色（黒，青，赤，黄）印刷し、ガラス窓を通して太陽光が当たる状態をイメージし、15 × 7cm のガラス板で覆って試験を行った。試験時間は 96h とし、試験後に測色計による測色で評価した。
２．５．屋内暴露による耐候性試験
より実環境に近い条件での耐候性をみるために、屋内 暴 露 に よ る 耐 候 性 試 験 を 行 っ た 。 印刷 サ ンプル（12.5 × 6cm）を前述のガラス板上に固定し、日当たりのよい窓際に並べて１ヶ月暴露試験を行った後、測色計にて測色を行った。試験風景を図１に示す。

２．実験方法
２．１． 試作品の作成
プリンター用紙の試作品を以下のようにして作成した。 コーティング剤（炭酸カルシウム（重質、純度99.9%)、シリカ、ポリビニルアルコール、水混合ス
ラリー）の調整 塗工ロッドによる原紙(上質紙)への塗布、塗工→塗工厚 5g/m2 ドラムドライヤーにて乾燥(105 ℃, 60s) 紙をカット 乾燥機にて乾燥(105 ℃,
2min.)
試作品については、炭酸カルシウムの配合比、粒径などについて検討を行った。
２．２．試作品表面のＳＥＭ観察
試作品表面をＳＥＭ（日本電子，JSM-5800）により観察した。条件は、加速電圧 15kV、Pt コーティン
グである。
２．３． 印刷後の発色性評価
インクジェットプリンターで印刷後の試作品及び市販 品 の 発 色 性 を 、 分 光 測 色 計 （ 日 本 電 色 工 業，
SQ-2000）による測色にて評価した。
２．４．ウェザーメータによる耐候性試験
印刷後の試作品、市販品についてキセノンウェザー
メータ（スガ試験機，WEL-75XS）による耐候性試験を行った。試験条件はＪＩＳ１）に基づき、ブラックパ
ネル温度 63 ± 3 ℃（槽内約 40 ℃）、相対湿度 50 ±図１

屋内暴露試験風景

３．結果及び考察
３．１．炭酸カルシウムの配合比
炭酸カルシウム１００%及び炭酸カルシウム：シリ
カ＝５０：５０での試作品への印刷結果を図２に示す。

炭酸カルシウム１００％

図２

■■

118



炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０

試作品への印刷結果

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炭酸カルシウム１００％では印字の滲みが著しいが炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０の場合は滲みが抑えられているのが分かる。
試作品表面（印刷前）のＳＥＭ観察写真を図３に示す。

炭酸カルシウムの粒径は、0.2, 0.3, 0.4, 1μｍで検討したが、青、赤、黄共1μｍの場合を除いて発色
性はよく、また、ほとんど差がなかった。市販品との発色性の比較では、青、黄の発色が試作品の方がよかった。
３．３．耐候性試験結果
ウェザーメータ及び屋内暴露による耐候性試験結果を図５に示す。なお、耐候性試験に供したサンプルは
表１のとおりであるが、市販品２と試作品の中で最も耐候性のよかった試作品３について図に示してある。
表１

炭酸カルシウム１００％

市販品１

図３

耐候性試験サンプル

炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０

試作品表面のＳＥＭ観察写真

炭酸カルシウム１００％の場合は表面の亀裂の入り方が小さく、炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０の場合は表面の亀裂の入り方が大きい。このような表面構造の違いによる吸水性の差が、インクの滲みに関係していると思われる。
３．２．炭酸カルシウムの粒径
炭酸カルシウムの粒径と発色性の関係を図４に示す。
図中で数値の絶対値が大きい程、発色性がよいことを表している。なお、試作品は炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０である。

市販品２

市販品３

市販品４

塗工原紙

炭酸カルシウム

シリカ

その他

試作品１

0.3 μ m 50 部

5 μ m 50 部

〃

２

〃

〃

粉砕時の薬品添加なし

〃

３

〃

〃

高級シリカ(細孔容積大)使用〃

４

0.3 μ m 30 部

5 μ m 70 部〃

５0.3 μ m 70 部

5 μ m 30 部

ウェザーメータ

青色の発色
‑50
0.2

0.3

0.4

1

市販品

‑52

試作品 上：０ｈ 下：９６ｈ

市販品 上：０ｈ 下：９６ｈ

系列1

‑54

屋内暴露

‑56
‑58
炭カルの粒径（μｍ）

赤色の発色
74
73

試作品 上：０ｈ 下：１ヶ月

市販品 上：０ｈ 下：１ヶ月

72
系列1
ａ＊71

図５

70

耐候性試験結果

69
0.2

0.3

0.4

1

市販品

炭カルの粒径（μｍ）

黄色の発色
98
96
94
系列1
ｂ＊92
90
88
0.2

0.3

0.4

1

市販品

炭カルの粒径（μｍ）

図４

ウェザーメータ、屋内暴露いずれも試作品の耐候性は市販品と遜色がないことが見て取れる。同じサンプ
ルについて耐候性試験前後の測色値変化を図６に示した。なお、図中、青、赤、黄は数値が大きい程発色性（耐候性）がよく、黒は数値が小さい程発色性（耐候性）がよいことを表している。
測色値の変化においても試作品は市販品と遜色がな
く、青、黄については試作品の方が市販品に比べて変化が少ない。つまり耐候性がよいと言える。

炭酸カルシウムの粒径と発色性

119



■
■

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ウェザーメータ

L*(黒)

４．結言

b*(黄)
100
80
60
40
20
0

0h
96h

炭酸カルシウム：シリカ＝５０：５０、炭酸カルシ
ウム粒径 0.3 μｍ、高級シリカ（細孔容積大）使用により、印刷が滲まず、耐候性があり、青、黄の発色性がよいインクジェットプリンター用紙の試作品ができ
た。

a*(赤)

参考文献
1)JIS B7754-1991 キセノンアークランプ式耐光性及び耐候性試験機‑b*(青)

試作品

L*(黒)

b*(黄)
100
80
60
40
20
0

0h
96h

a*(赤)

‑b*(青)

市販品

屋内暴露

Ｌ*（黒）

b*(黄)
100
80
60
40
20
0

０ｈ
１ヶ月

ａ*(赤)

‑b*(青)

試作品

Ｌ*（黒）

b*(黄)
100
80
60
40
20
0

０ｈ
１ヶ月

ａ*(赤)

‑b*(青)

市販品
図６

耐候性試験前後の測色値変化

■■

120



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メタノール中の硫黄定量分析法
Quantitative Analysis of Sulfer in Methyl Alcohol
いわき技術支援センター 中山 誠一
材料技術部
杉内 重夫
メタノール中の微量硫黄を定量分析するために、分析方法の検討を行った。希釈及び開放系による分解、定量では、硫黄の揮散などによって正確に定量できなかったが、マイク
ロウェーブ分解−ＩＣＰ発光分光分析法により、ほぼ理論値どおりの分析ができ、微量の含硫黄アミノ酸化合物（医薬品用）を含むメタノール実試料への応用も可能であった。
Key words:メタノール、硫黄、マイクロウェーブ、ＩＣＰ

１．緒言

示す。

メタノールは、有機合成の出発物質、または溶媒としてなど利用範囲は広いが、溶媒として用いられたメ
タノールを回収、再利用する際に、他の有機合成物質が混入していると利用価値がなくなってしまう。
今回、含硫黄アミノ酸化合物（医薬品用）の残量を把握するために、その硫黄に着目したが、従来法である燃焼吸収−滴定法などは手順が煩雑で時間がかかる
うえ、検出量の限界が高く微量の硫黄定量には向かな
い。そこでこれらの問題を解決するために、マイクロウェーブ分解−ＩＣＰ発光分光分析法による硫黄の定量分析を試みた。

試料
はかり取り量1ml, 200mlﾋﾞｰｶｰ
分解
HNO3 12ml, H2O2 2ml
ﾎｯﾄﾌﾟﾚｰﾄ上加熱分解→乾固手前
定容
HNO3 10ml
蒸留水で100mlﾒｽﾌﾗｽｺに定容
ICP測定
S

２．実験方法
２．１． 試料
試料はメタノール溶媒で含硫黄アミノ酸化合物を含
み、硫黄含有量が 3.00 × 103mg/l と既知であるもの（試料１）及び硫黄含有量が未知である実試料（試料２）を分析に供した。なお、硫黄濃度既知の試料１は、分析法の妥当性を確認するためのものである。
２．２． 試薬及び器具
試料分解のための硝酸及び過酸化水素は、和光純薬
工業製、特級を、ＩＣＰ発光分光分析装置による定量分析のための検量線用標準液は、和光純薬工業製、硫
酸イオン標準液（ 1,000mg/l）を用い、硫黄濃度に換算して検量線を作成した。また、器具（ビーカー、メスフラスコ、ホールピペット）はすべてガラス器具を用いた。
２．３．装置及び定量条件
マイクロウェーブ分解装置は、マイルストーンゼネ
ラル，ETHOS900 を用いた。また、ＩＣＰ発光分光分
析装置は、セイコー電子工業，SPS4000 を用いた。硫
黄の分析線波長は 180.734nm で、両側のバックグラ
ウンド補正を行った。
２．４． 分析方法
２．４．１ 希釈による定量
試料１、1mlを蒸留水で正確に100倍希釈し、ＩＣＰ
発光分光分析装置により硫黄を定量分析した。
２．４．２ 開放系による分解及び定量
開放系による分解及び定量のフローシートを図１に

図１

メタノール中の硫黄分析（開放系）フローシート

試料１、1mlを200mlビーカーにはかり取り、硝酸12ml及び過酸化水素2mlを加えてホットプレート上で加熱分解し乾固手前まで濃縮、放冷後硝酸10mlを加えて蒸留水で100mlメスフラスコに定容した溶液中の硫黄をＩＣＰ発光分光分析装置にて定量分析した。
２．４．３ 密閉系による分解及び定量
マイクロウェーブ分解装置を用いた密閉系の分解及び定量のフローシートを図２に示す。

試料
はかり取り量1ml, ﾍﾞｯｾﾙ(分解容器)
HNO3 12ml, H2O2 2ml
ﾏｲｸﾛｳｪｰﾌﾞ分解
250W2分−0W2分−250W6分−
400W5分−650W5分，Vent5分
定容
蒸留水で100mlﾒｽﾌﾗｽｺに定容
ICP測定
S
図２

121



■
■

メタノール中の硫黄分析(密閉系)フローシート１ 

試料１、1mlをベッセル（分解容器）にはかり取り、
硝酸12ml及び過酸化水素2mlを加え、250W2分‑0W2分‑2
50W6分‑400W5分‑650W5分,Vent5分の条件でマイクロウ
ェーブ分解した後、そのまま、または硫黄の揮散を確認するため図１に従い加熱濃縮して、蒸留水で100ml
メスフラスコに定容した溶液中の硫黄をＩＣＰ発光分
光分析装置にて定量分析した。
マイクロウェーブ分解は、密閉系であるために硫黄のような揮発しやすい物質の揮散が防げる、分解容器がＴＦＭ(ﾃﾄﾗﾌﾙｵﾛﾒﾀｷｼｰﾙ)製であるために容器からの汚染が抑えられる、分解時間が開放系に比べ短縮できる、といった利点がある。

試料
はかり取り量1ml, ﾍﾞｯｾﾙ(分解容器)
HNO3 12ml, H2O2 2ml
ﾏｲｸﾛｳｪｰﾌﾞ分解
250W2分−0W2分−250W6分−
400W5分−650W5分，Vent5分
加熱濃縮
分解液5つを合わせﾎｯﾄﾌﾟﾚｰﾄ上加熱濃縮
HNO3 2ml
定容
蒸留水で20mlﾒｽﾌﾗｽｺに定容
ICP測定
S

３．結果及び考察
３．１． 各分析方法による硫黄定量分析結果
各分析方法による硫黄定量分析結果を表１に示す。
なお、定量値は２つ並行して分析した値とその平均値
を示した。
表１

分析方法

Ｓ (mg/l)

１

２
3

平

希釈

2.44×10開放系

1.58×10密閉系

2.88×103

2.92×10

密閉系，濃縮2.99×103

2.99×10

理論値

32.44×10
1.07×103

3

メタノール中の硫黄分析(密閉系)フローシート２

マイクロウェーブ分解装置を用いた密閉系の手法を基本にし、分解液５つを合わせホットプレート上で加熱濃縮した後、硝酸2mlを加え、蒸留水で20mlメスフ
ラスコに定容した溶液中の硫黄をＩＣＰ発光分光分析装置にて定量分析した。ブランク液（未使用メタノール）についても同様の操作を行い測定した。分析結果を表２に示す。

メタノール中の硫黄分析結果１

成分

図３

均

2.44×10
1.33×10

3

表２

3

3

2.90×103

2.99×10

メタノール中の硫黄分析結果２

3

成分

3

3.00 ×10

試料名

3Ｓ(mg/l)

１

２

平

均

メタノール(試料)
１．４
１．３
１．４
希釈による定量では、理論値が3.00×10 3mg/lであ
3
０．５
０．５
０．５
るのに対し、定量値は2.44×10 mg/lと低値を与えた。 メタノール(ブランク)
溶媒（メタノール）の影響、硫黄化合物の形態の違い
２回の測定値にバラツキは少なく、揮散などの可能（標準液と試料）の影響などが考えられる。
性もないと思われ精度よく分析できた。
開放系による分解及び定量では、定量値が1.33×10
3mg/lと理論値を大きく下回った。加熱により硫黄が４．結言揮散したと思われる。
マイクロウェーブ分解装置を用いた密閉系の分解及(1)メタノール試料中の硫黄定量は、希釈及び開放系
3び定量では、定量値は2.90×10 mg/lとほぼ理論値にによる分解、定量では硫黄の揮散などにより正確に定量できなかった。
近かった。加熱濃縮による硫黄の揮散の確認では、定(2)マイクロウェーブ分解装置を用いた密閉系の分解
量値は2.99×10 3mg/lと理論値に近く、硫黄の揮散は法により、ほぼ理論値どおりの分析ができ、微量認められなかった。硫黄が硫酸イオンといったようなの硫黄を含む実試料への応用も可能であった。
形態で安定化していると思われる。
(3)マイクロウェーブ分解装置及びＩＣＰ発光分光分
３．２． 未知試料への応用
析装置を用いたことにより分析時間も短縮できた。
以上の実験結果を元に、未知試料への応用を試みた。
(4)今回の手法は、有機物試料全般についても応用がフローシートを図３に示す。
可能と考えられる。

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