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次世代材料技術室

研究開発事業


過去の研究開発事業はこちらから



金属材料技術部


戦略的基盤技術高度化支援事業
革新的高歩留り鋳造法を可能にする、経験値とITを融合した

高効率鋳造方案設計支援システムの開発

【事業期間】

2016〜2017年度

【補 助 元】

中部経済産業局

【実施機関】

一般財団法人素形材センター
間接補助:武山鋳造株式会社、丹羽鋳造株式会社、旭メタルズ株式会社、株式会社瓢屋、学校法人大同学園大同大学

【実施概要】

自動車を始めとする我が国の川下産業のグローバル競争力を向上させるためには、それを支える鋳造業の革新的なコスト削減が必要であるが、鋳物のコスト要因の一つである鋳造歩留りは50%程度に留まっており改善の本格的な取組みは見られない。そこで、本開発では、特殊機能押湯の実用化および経験値とITを融合した鋳造方案設計支援システムの開発により、溶解量の約30%を占める押湯の半減を図り、革新的なコスト削減を目指す。



戦略的基盤技術高度化支援事業
川下及び業界ニーズに対応する低コスト・高安全な圧倒的コンパクト鋳鉄鋳造法の開発

【事業期間】

2015〜2016年度

【補 助 元】

近畿経済産業局

【実施機関】

一般財団法人素形材センター
間接補助:
株式会社アクティ、株式会社浅田可鍛鋳鉄所、株式会社コイワイ、学校法人甲南学園甲南大学

【実施概要】

自動車や産業機械に多用される、溶融金属から成形される鋳鉄部品には、川下ユーザーより低コスト化・軽量化への強いニーズがある。また、鋳造業界は少量・変量生産時でも低コストで生産できかつ安全性の高いコンパクトな製造プロセスを望んでいる。これらのニーズに応えるため、従来の大型設備・大生産空間が必要な、鋳型に砂を使う生砂鋳造法に代わり、新技術「中空金型」を用いた従来比1/100のコンパクトな鋳鉄製造法を開発する。



戦略的基盤技術高度化支援事業

自動外観検査とトレーサビリティの活用による鋳鉄部品の革新的品質保証システムの開発

【事業期間】

2014〜2015年度

【補 助 元】

近畿経済産業局

【実施機関】

一般財団法人素形材センター

間接補助:株式会社浅田可鍛鋳鉄所、学校法人甲南学園甲南大学
【実施概要】

川下企業から鋳鉄部品に対し高い品質保証体制が求められている。不良流出防止には外観検査が極めて重要であるが、複雑形状・黒皮表面等が阻害要因となり未だ不確実な目視検査に頼っている。本事業ではCCDカメラ技術を活用し、鋳鉄部品に最適な高い信頼性をもつ自動外観検査システムを開発、不良流出ゼロを実現する。更に過去の当該支援事業で開発したトレ-サビリティシステムと統合し、革新的な品質保証システムを開発する。

開発システムのイメージ

【成果報告書】 http://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2014/2652605027.pdf


産業技術研究開発

超精密三次元造形システム技術開発

【事業期間】

2014年度

【委 託 元】

経済産業省

【実施機関】

一般財団法人素形材センター

共同研究機関:
産業技術総合研究所、シーメット株式会社、
群栄化学工業株式会社、株式会社コイワイ

再委託機関:
早稲田大学、株式会社IHI、株式会社コマツキャステックス、
株式会社木村鋳造所、兵庫県立工業技術センター、

北海道立総合研究機構工業試験場、日産自動車株式会社
【実施概要】

高速3次元積層造型を実現するための積層造型装置の開発及び当該装置により製作された鋳型による複雑形状鋳造品の鋳造技術開発に向けた基盤技術の確立を図るため、以下の項目について技術開発を実施した。
(1)高速3次元(3D)積層造型技術の開発
@ラインヘッドシステム試作
造形速度5万cc/hの達成を目的とした高速積層造型装置の開発に向けて、複数(最大20ヘッド)のインクジェットヘッドを同期制御可能なラインヘッドシステムを試作した。あわせて、ラインヘッドの動作テストを行うための装置試作、及び装置制御ソフトウェアを開発した。

(2)耐熱積層鋳型による高融点金属鋳造技術の開発
@耐熱有機バインダ・鋳型材料プロトタイプ開発
積層造型用バインダの耐熱性向上に向けて、有機窒素化合物変性バインダの開発を進め、造型性向上、鋳型強度向上、鋳込み時の耐照らされ性向上等、各特性向上の検討を行った。
A耐熱積層鋳型に係わる鋳造技術開発
@で創製された耐熱積層鋳型を用いた薄肉複雑形状の高融点金属鋳造品の生産を可能にするために、開発材料を用いた鋳型での実鋳造プロセスによる評価法を検討すると共に、精密充填技術を検討した。
B耐熱積層鋳型に係わる評価技術開発
@で創製された耐熱鋳型材料及びそれを用いて積層造型した鋳型の諸特性を評価する方法を確立するために、鋳型としてより良く機能するための指標として、諸特性の試験法を検討した。

(3)局所的冷却性能制御技術の開発
@高冷却バインダ・鋳型材料プロトタイプ開発
高冷却バインダとして用いる水ガラス(珪酸ソーダ)を主成分とした材料、硬化法を検討し、造型性、鋳型強度、鋳込み後の鋳型崩壊性等の各種特性向上の観点から評価することによって、高冷却バインダ・鋳型材料プロトタイプの適性を検討した。
A高冷却積層鋳型に係わる鋳造技術開発
@で創製された高冷却積層鋳型を用いた薄肉複雑形状鋳造品の生産を可能にするために、開発材料を用いた鋳型での実鋳造プロセスによる評価を行うと共に、精密充填技術を検討した。
B高冷却積層鋳型に係わる評価技術開発

高冷却性積層鋳型を用いた製造システムの評価と鋳造品の開発指針の最適化を目指すため、流動凝固シミュレーション・残留応力・変形予測シミュレーションに必要なデータの取得・整備を行うための計測手法を検討した。


航空機材料技術部


■研究開発概要


(一財)素形材センター(以下、素形材センター)は、平成25年度より3年間の予定で経済産業省及び国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)より「エネルギー使用合理化技術開発等(次世代構造部材創製・加工技術開発(次世代複合材及び軽金属構造部材創製・加工技術開発))プロジェクトに関する事業を受託しています。近年、大型機、小型機を問わず、航空機構造への複合材適用が増大していますが、複合材適用の一番の目的は軽量化であり、それに伴う燃費向上にあります。複合材の適用をさらに拡大するには、複合材製航空機の運航に伴う点検整備作業を効率化して、整備コストを大幅に低減すること、並びに高品質を確保しながら高効率かつ低コストで複合材を生産することが必要です。また、複合材適用増加に伴い多用されるチタンの加工コスト低減を図るための接合技術開発も必要な技術です。

以下に、素形材センターで実施中の構造健全性診断技術を中心に高効率・低コスト製造技術にも触れ、関連する研究開発プロジェクトについて概要を紹介します。(クリックすると詳細が表示されます)




■研究開発の必要性
今後、複合材構造の増加に伴い使用拡大が見込まれる航空機構造用チタン合金について、 加工性の良い合金材料の開発とともに、低コストで効率の良い構造部材加工プロセスの開発に取り組んでいます。 また、複合材構造を多用した航空機の安全な運航に資するため、複合材構造健全性診断技術の開発を行っています。


研究開発の内容・目標
1.次世代チタン合金構造部材創製・加工技術開発
 @チタン板金部品の低コスト製造技術の開発、A高加工性新チタン合金の押出/鍛造材を用いた低コスト製造技術の開発、B高機能化チタン合金焼結部品の低コスト製造技術の開発のテーマの研究開発を実施しています。また、重要共通技術として、 参加各大学が材質評価、摩擦撹拌接合による接合技術の開発、先端粉末造形技術の開発に取り組み、基礎技術を高めています。



本プロジェクトでは、下記@〜Bを目的として構造健全性診断技術を、C〜Eを目的として複合材成形技術を、Fを目的としてチタン合金接合技術を開発中です。


@航空機搭載可能な小型のシステムであること。
A温度、湿度、衝撃・振動等の実飛行環境でも航空機複合材構造の歪分布、損傷などを高速、高精度に計測する事が可能な高いシステム信頼性を有すること。
B実用レベルの構造健全性診断を可能とする計測精度、計測範囲等を実現し、これにより航空機の点検効率を大きく改善し、整備コストを低減すること。
C高効率・低コストな複合材成形プロセスを確立し、成形時間並びに組立を含めた全体製造時間の大幅な短縮と製造コストの低減すること。
D成形から運用にいたるまでの複合材部品のライフ・サイクル・モニタリング技術を確立し、製造品質の安定化を図ること。
E弾性率・強度と複雑形状にも対応できる易賦形性を両立する材料の開発。
F大型チタン部品を母材並みの接合部特性を保つ摩擦撹拌接合(FSW:Friction Stir Welding)技術を確立すると共に、接合部微小欠陥検査技術開発。



広域分布歪み計測による航空機構造健全性診断技術の開発


構造健全性診断技術とは


光ファイバセンサによる複合材構造衝撃損傷検知システム実用化技術の開発
光ファイバセンサによる航空機構造成形モニタリング技術の開発

目的:
日本が優位な光ファイバセンサ技術と複合材構造の設計・製造・検査技術を組み合わせた

構造健全性診断(SHM)技術を開発し、航空機構造への複合材適用を促進する。



構造健全性診断技術とは


超音波を用いた航空機接着構造健全性診断技術の開発

目的:
構造に貼り付けたセンサ/アクチュエータを用いて、構造体に発生する欠陥や損傷等の異常を  超音波の変化で検知し、構造体の健全性を評価できる技術を開発する。



構造健全性診断技術とは


高生産性・易成形複合材の開発

目的:
高ビルドレート・複雑形状が要求される次世代小型機構造部材に、日本発のUACSコンセプトを適用し、高強度かつ不良品率の低い、世界的にコスト競争力の高い部材を創出する




チタン合金接合技術の航空機への適用研究

目的:
チタン合金適用上の課題の一つである加工コスト低減のため、摩擦攪拌接合によりニアネット素材を一体化する技術、および微小欠陥を検出する技術を開発する。

航空機へのチタン合金適用上の課題の一つは、機械加工等の加工性の悪さに起因する加工コストの高さである。 その克服方法として、チタン合金の薄板(ニアネット素材)を接合して一体化できれば、部品の加工量を大幅に削減することができる。 摩擦攪拌接合(FSW)は、内部欠陥の発生しにくい接合法であり、素形材センターではその技術開発を進めている。 同時に、接合部の品質保証も必要となるため、 従来より微小な欠陥を効率的に検出できる技術の開発もあわせて実施中である。





構造健全性診断技術とは


概念図に示すように、動物などの生命体の神経に相当するセンサーを構造に組込み、脳に相当する診断装置を用いて構造の損傷や歪の状態を検知することを可能にする技術が構造健全性診断技術(SHM:Structural Health Monitoring)です。SHM技術の例としては、内部を真空に引いた細い高分子パイプと空気の入ったパイプをポリイミドフィルム上に交互に配置し、構造に貼り付け、各パイプの圧力変化を測定することにより、構造表面に発生するクラックを検出するCVM(Comparative Vacuum Monitoring)法1)や、ポリイミドフィルム上に誘電性のPZT圧電セラミックス素子を複数配置し、任意のPZT素子をアクチュエータとセンサーに選ぶことで、様々な位置と方向に弾性波を伝播させ、その波の変化から内部に生じた損傷を検知することを可能とするSMART LAYER2)を用いる方法などがあります。


このプロジェクトでは、複合材構造を対象として光ファイバーセンサーを使用した構造健全性診断技術開発を推進しています。光ファイバーセンサーは強化繊維同様に繊維形状を有し埋め込みにも適することに加え、熱に強く、電磁波の影響を受けないという利点があります。特に、通常120-190ミクロン程度の厚さをもつCFRPプリプレグ内にも埋め込み可能な直径40ミクロン(コーティング外径52ミクロン)の光ファイバーも開発しており、世界をリードしています。


1) http://smsystems.com.au/
2) http://www.acellentsensors.com/


 


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