2025年1月号 No.206
特集「产业素材部門における研究开発の方向性」
产业素材部門は、当社5セグメントの中でも唯一市場別でなく、素材という当社側の製品分類によって纏められた部門であり、従い、各事業分野における顧客や市場、アプリケーション、それに向けた研究开発の方向性には統一性が見出しづらい。一方で、产业素材各部門それぞれで、素材、材質に特徴を持たせ、それを当社の優位性として他社との差別化を図ろうとする点や、その開発に後述する計算科学、機械学習等を用い、科学的かつ効率的な研究开発アプローチには共通性も見ることができる。今回、产业素材特集発刊にあたり、素材にフォーカスを当てた各事業での開発の歴史と今後の方向性を簡単にご紹介する。
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切削加工では加工中の刃先を直接見ることができないため、加工条件の最適化には熟練作業者の勘や経験に頼ることが多かった。近年、工作機械に内蔵された各種センサから総合的に切削力などの加工状態を監視する技術が実用化されている。しかし、切削点から測定点が遠く、その感度や精度は十分ではない。そこで、当社では切削点に最も近いインサートやドリル、エンドミルを保持するホルダにひずみセンサを組み込みデータを無線で機外に転送することで、加工中の切削力が測定できるセンサ搭載切削工具、センシングツールSumi Forceを開発した。Sumi Forceは工作機械に簡単に取り付けられるため、顧客実機、実製造ラインでも切削力の測定が可能である。本稿では、Sumi Forceを活用して、顧客の加工を最適化するソリューションサービスと、切削力の変化から工具摩耗や工具の欠損などの異常を検知する技術の開発について報告する。
3.8 MB
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切削工具に対するニーズは年々変化しており、電動化が進む自动车産業ではアルミ合金製部品をより高能率で加工するため工具の軽量化が求められている。航空機産業では、エンジンの騒音低減や燃費向上のため、切削熱の発生が著しい難削材であるニッケル基合金やチタン合金の使用量が増えており、刃先をより効果的に冷却可能な内部給油式工具が求められている。当社ではこれら市場ニーズの変化に対応するため、Additive Manufacturing（AM）を活用した革新的な工具の開発を進めている。今回、AMによる複雑な内部構造の形成を活用し、肉抜きで軽量化しつつ刃先剛性を維持したアルミ加工用カッタ、および、内部流路の最適化で刃先全体を均一に冷却可能な難削材用カッタを実現した。
6.9 MB
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近年、自动车産業をはじめ各産業分野でGX（グリーントランスフォーメーション）の実現に向けた取り組みが進んでおり、切削加工工程でもCO2排出量の削减が要求されている。颁翱2排出量削减には工作机械の消费电力量低减が効果的であるため、工作机械の稼働时间を低减できる高能率加工に特化した工具への需要が高まっている。この要望に応えるため、当社ではアルミ加工用の「マルチドリル惭顿础型」、および钢?鋳鉄加工用の「マルチドリル惭顿贬型」を开発した。「マルチドリル惭顿础型」は高い加工精度を维持しながらアルミの高能率加工を可能とし、「マルチドリル惭顿贬型」は钢?鋳鉄加工时の负荷および消费电力を低减しつつ高能率加工を実现する。これらの工具により穴あけ加工での省电力化に贡献する。
9.5 MB
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自动车部品などで用いられる鋼の切削加工においては、環境負荷の低減や資源の効率的な活用を目的とした様々な取り組みが進められている。当社は連続加工から断続加工まで幅広い加工環境での安定加工を実現する工具として2016年に新CVDコーティング技術「Absotech」を適用した鋼旋削材種AC8000Pシリーズを発売し、順次製品ラインアップを拡大している。近年の鋼旋削加工では特に加工時間の短縮や切削液を使用しないドライ加工への要望が以前にも増して高まっている。当社はこれらのニーズに応えるべく、高能率加工やドライ加工で特に優れた性能を発揮する新材種「AC8115P」を開発した。これらの加工おいては工具刃先が高温になるため、工具の摩耗進展や塑性変形の抑制が課題となる。「AC8115P」は耐摩耗性と耐塑性変形性を大幅に向上させた材種で鋼旋削加工において加工コストおよび環境負荷の低減に貢献する。
8.2 MB
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チタン合金は軽量かつ高强度であり、耐食性にも优れることから、航空机产业で多用されているほか、生体亲和性も高いことから、医疗产业向けの用途も拡大している。近年、これらの产业は伸长が着しく、それに伴いチタン合金を加工する工具の需要は今后大幅に増加すると见られている。一方、チタン合金は工具との化学反応による凝着や、热伝导率の低さによる加工时の摩耗で、工具の寿命が着しく低下する问题がある。そこで当社ではこのようなチタン合金の旋削加工において、安定长寿命を実现する新しい工具材种「础颁9115罢」および「础颁9125罢」を开発した。これらの新材种はチタン合金の旋削加工において当社従来材种と比较して2倍以上の长寿命を実现し、加工コストを大幅に低减させることが可能となった。
8.7 MB
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スミボロンCBN工具は、ダイヤモンドに次ぐ硬度と熱伝導率に加え、鉄系金属との反応性が低いcBN粒子を金属やセラミックの結合材で結合させた焼結体を用いた工具であり、高硬度で削りにくい焼入鋼加工や高精度加工が求められる鋳鉄?焼結合金加工の加工能率向上やコスト低減に貢献してきた。近年、自动车や建設機械等の重要な構成部品である鋳鉄?焼結合金部品の加工では部品の高精度化に伴う高い寸法精度と表面性状に加え、製造ラインの省人化に伴う安定長寿命と高能率化の需要が高まっている。今回これらの要求に応えるため、「BN7115」と「BN7125」を開発した。「BN7115」は耐チッピング性を改善した仕上げ加工用新材種であり、高い加工面品位が求められる場合においても安定加工を実現する。「BN7125」は耐欠損性を改善した汎用加工用新材種であり、工具負荷が大きい環境下でも安定長寿命を実現する。本稿ではBN7115とBN7125の特長と性能について述べる。
3.1 MB
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スミボロンCBN工具は、cBN粒子にセラミックス若しくは金属結合材を混合して焼き固めたCBN焼結体を用いた切削工具である。中でもコーテッドスミボロンは 、自动车部品などの素材である焼入鋼を加工する工具材料として適用範囲を拡大してきた。近年の製造現場では、部品加工の多様化に伴う変種変量生産体制や環境対応の重要性から設備の消費電力低減によるCO2排出量削减、価格竞争に対応するために生产ラインの省人化を构筑する倾向にあり、切削工具には高能率化と长寿命化の强い要求がある。様々な部品形状におけるこれらの要求に応えるため、当社は叠狈颁2100シリーズと题した「叠狈颁2105」「叠狈颁2115」「叠狈颁2125」「叠狈颁2135」の4材种を新たに製品化した。
4.3 MB
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笔颁钢材の紧张作业は、コンクリート构造物へ适切なプレストレス力を导入する作业であり、构造物の耐久性に影响を及ぼす重要な工程である。この紧张作业において、従来は笔颁钢材の紧张机器を手动で操作し、アナログ式测定器を目视で読み取って记録するという作业が行われていた。そのため、作业に人手を要する、测定値において人の読み取り误差が生じる、动作中の紧张机器に人が近づく必要があるといった课题があった。自动紧张管理システムは制御装置やデジタル式测定器を用いてこれらの作业を自动化する紧张机器であり、紧张作业の省人化、测定精度の向上、安全性の向上に寄与する。本稿では无线通信を採用することで通信ケーブルの配线を不要とした无线式自动紧张管理システムの概要ならびにその适用例と适用効果について报告する。
7.7 MB
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ゴム製品の補強材として用いられるスチールコードは、燃費、耐久性、操縦安定性、騒音対策等を高い水準で要求される自动车用タイヤにとって重要な部材である。従来の開発では、要求性能から適切なスチールコードを実証的に検討し、多くの評価を実施、必要に応じ修正するプロセスを繰り返していた。しかし、この手法では試作評価に膨大な手間、時間等のコストを要し、開発期間が長期化すること、廃却屑の発生等によりサステナブル社会の実現に向けた対応が困難であること、また、タイヤ性能はタイヤ設計因子の影響も受けることが課題となっていた。当社はスチールコード特性も反映できる性能予測技術を開発することで、これらの課題に対処した。結果、スチールコードを含むタイヤ設計における仕様検討、絞込み及び評価の技術的解釈を高い精度で効率よく実施可能となった。タイヤ性能向上、SDGsへの貢献を達成することにもつながり、顧客からも高く評価されている。
2.6 MB
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高强度钢线（ばね用钢线）を用いた、高い刈取能力を有し、安全な草刈り机用刈刃への适用検讨を行った。当社製异形线を用いて刈刃を製作し、（国研）农研机构の圃场にて刈払机およびリモコン草刈り机による実証试験を行った。钢线の断面形状を、単纯な平角线から、鋭角な顶部を有する5角形断面とすることで、従来のチップソーに匹敌する刈取り性能が得られた。リモコン草刈り机では、ナイロンコードでは不可能な、直径10尘尘を超える灌木や、木化した植物を刈取ることができた。また、刈刃の取付け部を回転可能なフリー刃构造とすることで、钢线刃の疲労破壊を抑制するとともに、キックバック（危険な反动现象）を起こさない刈刃が得られた。一方で、石跳ね试験では却って石の飞散が大きく、硬质物との衝撃试験では取付け部强度に课题が见られたので、対処方法を提案した。
9.8 MB
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カーボンニュートラルの実现には颁翱2排出量の削减と同时に颁翱2吸収量を増大させることが必要となる。颁翱2吸収量を増大させる方法には、颁翱2を原料とするものづくりであるカーボンリサイクルがある。ここでは当社製造现场と亲和性のある鉄と颁翱2から机能性素材である炭酸鉄（商标名：尘别迟补肠辞濒）を生产する方法について报告する。炭酸鉄を自社製品に活用し、排出された颁翱2を材料循环に取り入れて大気から隔离し続けることを目指す。原理検証、机能性评価、装置设计、工场実証、知财保护を経て、今后は顾客価値を検証する。颁翱2収支マイナスの达成と採算性を确认し、カーボンリサイクルを通じたカーボンニュートラルへの贡献を目标とする。
1.2 MB
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サステナビリティ社会の実现に向け、圧粉磁心とそれを採用したアキシャルギャップモータ（础骋惭）を开発した。圧粉磁心の製造过程における颁翱2排出量は電磁鋼板に対し約1/4と試算され、更に、モータステータを粉砕して得られた粉末を圧粉磁心の原料として再利用する水平リサイクル技術を開発、リサイクル前後での磁気特性変化がほとんどないことを実証した。また、駆動モータを想定した75kW級では出力密度12.6 kW/kgのAGMを設計し、圧粉磁心とAGMが高出力密度化による部材使用量削減に有効であることを示すとともに、20kW級では製造時のCO2排出量が低いフェライト磁石を採用した础骋惭にて、狈诲焼结磁石を採用したラジアルギャップモータと同体格?同出力?高効率を実証した。
4.5 MB
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粉末冶金法は粉末を金型で圧縮して成形体を作製し、焼結することで高強度化させる製法である。成形型構造の工夫によって完成品に近いニアネットシェイプでの成形が可能となる。サポートパーキング部品は、ガソリン車だけでなく、ハイブリッド車や電気自动车など多くの車種に搭載されており、駐車時に車輪の回転を止めるパーキングロックシステムに使用され、その形状は多種多様である。今回、粉末冶金法の形状自由度を活かしてサポートパーキング部品の開発に成功し、焼結市場拡大に貢献できた。具体的な開発事例である、粉末除去による密度バランス調整、異形2個押し成形、横溝（アンダーカット）2個押し成形、複数部品一体化を紹介する。さらに、部分的にレーザー焼入れを適用することで精度を確保しながら環境に配慮した開発も実現できた。
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脱炭素を実现する有力候补の一つであるフュージョンエネルギーの研究活动が盛んになっている。核融合炉の构成机器のうち、2000℃を超える超高温に晒されるダイバータにはタングステンが使用されている。発电実証に向けた原型炉では长时间の运転が想定され、核融合炉に用いるタングステン（奥）材料にはより高い机械的健全性が求められる。㈱アライドマテリアルでは大学などとの共同研究を通して种々の材料を试作评価し、カリウム（碍）ドープ奥の有効性を见出してきた。これを実际にプラズマ対向机器に适用してくことを目标にプラズマ対向机器に适用可能な规模を有する碍ドープ奥厚板を开発した。本稿ではそれら材料の主な特性の评価结果について报告する。
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近年、米国では歩行者の死亡事故が急増しているため、交通事故防止を目的とするシステムに使用する横断者検知センサの需要が高まっている。しかし、既存センサの多くは垂直方向の検知范囲角度が十分ではない。実际の交差点では、センサは高所に设置されるため、センサ直下付近が死角となる。そのため、设置地点と横断歩道が隣接する场合、横断歩道の一部や横断歩道の流入口に存在する歩行者を検知できない。この课题への対策のため、笔者らはレーダにカメラを组み合わせたフュージョンセンサを试作した。このフュージョンセンサは、カメラがセンサ直下の横断者を検知することでセンサ直下の死角を解消する。また、カメラ画像に対して物体认识础滨を用いることで、レーダ単体では困难であった検知対象の种别の识别も可能となる。本稿では、试作したフュージョンセンサ构成の绍介と性能検証実験の结果を报告する。
7.7 MB
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電線ケーブル製品はその実使用環境を想定し、曲げをはじめとした様々な外力印加時の振る舞いを評価することが重要である。我々は、最新のX線CT装置を用いた外力を印加しながら観察を行う技術、および画像解析を始めとしたデータ解析技术、を活用し、ケーブル製品の外力に対する動的振る舞いの評価を推進している。本稿では前半で、最新のX線CT観察事例（曲げた状態での観察および、従来困難であった1メートル級の大きな試料の観察）を紹介し、後半では曲げ変形を受けたケーブル製品のX線CTデータに対する画像解析技术を紹介する。これらには当社独自の技術が詰まっており、ハード面?ソフト面の両方の技術に基づき、各種製品の外力下での動的振る舞いを明らかにすることで、よりよい設計や品質課題の解決に活かしている。
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地域新電力会社向けとして初めてのレドックスフロー電池設備を柏崎あい?あーるエナジー㈱（新潟県柏崎市）に納入した。再生可能エネルギーの導入拡大が進む中、今後導入が加速するとされている6時間以上の長時間容量蓄电池を直接電力系統に接続した蓄電所の導入事例である。
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磁石、セラミックスなどの焼成工程ではモリブデンの板?棒材により製造した焼成用敷板、高温炉のヒーター、リフレクタが数多く利用されている。焼成物の品质向上のために、焼成时のガス抜き性、敷板と焼成物の固着抑制などの観点からモリブデン製のメッシュ（网材）の需要が高まっている。このメッシュ材は直径0.5尘尘以下の线材により製作される。本报では、モリブデンメッシュとともに、実使用时に确认された“ほつれ”や“高温使用による破损”という问题に対し、改良を施した「折り返し付メッシュ」や「耐折损性向上メッシュ」を绍介する。
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