溶接・接合(材料接合工学研究室HP)

機械製品・構造物の製造には溶接・接合は必要不可欠であり,これらの高機能化には,革新的な溶接・接合技術が必要となります. 溶接・接合グループでは,高機能かつ高品質な溶接技術の開発を目的とし ,特に,ホットワイヤ法とレーザ溶接を組み合わせたホットワイヤ・レーザ溶接法の開発を行っています. 本溶接法では,母材と添加ワイヤの溶融を独立かつ高精度に制御できるため,母材溶融量の低減, 溶接変形や熱影響部の極小化,溶接金属組成の制御等が可能となります. 溶接部の高機能化・高信頼性化を目指し,様々な継手や材料への適用,溶接部の組織形成や特性の制御などを検討しています. また,独自に開発した溶接割れ特性の定量的評価法による溶接割れ感受性の評価や, 溶接部の疲労強度や耐食性などの特性調査も行っています.

研究の動向

  • ホットワイヤ・レーザ溶接,ホットワイヤ・レーザブレージング技術の開発(狭開先溶接,極厚鋼板立向き溶接,中板すみ肉溶接,薄板高速溶接,肉盛溶接,異材溶接など)
  • その場観察法を適用した溶接冶金現象,溶接割れ感受性の高精度評価
  • 各種溶接継手の疲労特性および破壊メカニズムの解明
主要設備:
レーザ溶接装置(6kW半導体レーザ,3kW ファイバーレーザ),ホットワイヤシステム, 溶接高温割れ感受性評価装置(バレストレイン試験機),高温引張試験機,真空拡散接合装置,AFM,SEM,EBSDなど

表面改質・表面処理(材料強度学研究室HP)

革新的ものづくりのため,対象物質の表面を高度に清浄化させ生産性や性能を向上させたり, バルク材では得られない新しい特性を表面に付与して高機能化を図ることを目標とします.本プロセスでは, 以下のようなことに取り組みます.
<表面処理>パルスレーザのエネルギー密度を制御しながら照射し,精密金型の表面を傷めることなくクリーニングしたり, 各種金属の強固な酸化膜を除去して(上図)表面を活性化し(下図),製造品質の安定化や付加価値を向上させます. この方法は水,薬品・砂等を使用しないため低公害・消耗品レスの特徴があります.またクリーニングと同時に新機能を追加できます.
<表面改質>プラズマプロセスを用いて表面にナノメートルの微細構造物を形成させる技術を開発します. これにより薄膜の密着性が著しく向上したり,熱的・電気的特性が飛躍的に向上可能です. さらに硬質薄膜をコーティングすることにより,従来にはない摩擦特性・機械的特性を表面に与えることができます.

研究の動向

  • 精密金型・センサ・ノズル等の非接触ダメージレスクリーニング
  • 高融点酸化膜・有機汚れ除去と表面特性(濡れ性,膜密着性等)の同時改善
  • プラズマ放電によるナノ構造物の作成
  • 機能性コーティング薄膜の開発
主要設備:
Tmファイバーレーザ加工装置,高周波プラズマ放電装置,ヘリコンスパッタリング装置

塑性加工(弾塑性工学研究室HP)

塑性加工グループでは,アルミニウム・マグネシウム系軽量合金板や高張力鋼板といった, 優れた性質を持ちながら成形加工が難しく適用拡大が容易ではない難成形板材のための成形技術開発, 高精度成形シミュレーション技術開発に取り組みます. 本研究拠点における重要な課題として「レーザ局所加熱逐次張出成形技術の開発」が挙げられます. これはレーザ熱源による動的局所加熱と単純形状工具の三次元運動による逐次張出成形法を融合させた新技術であり, 金型を使うことなく難成形板材の成形加工を行うことができるフレキシブルな成形法です. この技術により,通常のプレス成形では達成不可能な大変形・複雑形状製品の多品種少量成形加工を, プレス成形よりも短いリードタイムで行うことができると考えられます.

研究の動向

  • レーザ局所加熱逐次張出成形技術の開発
  • 変形経路や温度依存性を考慮した板材成形限界予測手法の確立
  • 応力緩和現象を活用した温間スプリングバックレス成形技術の開発
  • 大ひずみ応力‐ひずみ構成モデルの構築と高精度成形シミュレーション技術の開発
主要設備:
レーザ局所加熱逐次張出成形装置,温間・熱間引張試験装置,冷間・温間二軸引張試験装置,張出試験装置,有限要素法ソフトウェア(LS-DYNA,Pam-Stamp,Marc,Simufact.forming)

積層造形・焼結

本グループでは,既存の加工法で創成が困難な複雑形状部品のネットシェイプ製造技術を開発しております. 積層造形技術として造形自由度と造形精度に優れた「紫外線レーザUVレジン硬化型積層造型」に, 本グループが独自開発した高密度粉末充填・成形法である「高速遠心成形法」を組み合わせることで, 樹脂積層造形の形状自由度と高精度な造形精度を維持しながら, 強度と信頼性に優れた金属/セラミックス製品を製造することが出来ます. 本法による焼結製品は従来の焼結製品より緻密で低欠陥であるため,一般的な積層造形法では適用が難しいニーズへも, 応用出来る可能性があります.その他,高温遠心機プロセス,マイクロ波焼結, ならびにマイクロ波/プラズマ混合加熱焼結法などの研究開発も,併せて行っております.

研究の動向

  • 積層造形&高速遠心成形によるクリーンディーゼルノズルチップの開発
  • 積層造形&高速遠心成形によるオンデマンド・オールセラミックス義歯の開発
  • 高温遠心機による新たな材料プロセス(強制溶浸,超高精度鋳造)
  • マイクロ波/プラズマ混合加熱による金属成形体の焼結
主要設備:
紫外線レーザUVレジン硬化型積層造型機,粉末混合機(ボールミル,タービュラーミル,遊星ミル),油圧プレス(6t),高速冷却遠心機(10,000G級),真空/大気炉(1800K級),ガス置換炉,熱分析装置(TG/DTA),走査型電子顕微鏡,光学顕微鏡等

材料創製 (材料物理学研究室HP) (材質制御工学研究室HP)

高性能・多機能材料の開発のためには,合金組成,製造プロセスと組織の最適化がキーテクノロジーになります. 機械部材の材料性能が高度,かつ多様化される中,材料についてはインテリジェント化さえも模索されつつあり, 材料の材質制御が不可欠となってきています. 材質制御には合金化,複相・複合化などの材料工学的手法と力学的あるいは熱的条件の制御などの機械工学的手法に考えるが, これらの方法は,個別に独立したものでなく相互に関連しあったものである,材料創成加工プロセスでは, 機械構造用材料や機能材料等の種々の材質最適化のために必要な,材料内部の変化現象のモデル化, 材料生産プロセスにおける計測・制御,新しい材質制御プロセスの開発など, 材料工学と機械工学の複合領域の課題を取り扱っている.

研究の動向

  • 溶解•凝固•焼結•固相変態を利用し,マルチスケールでの金属系材料の材質制御
  • 組成•製造プロセス最適化による高性能•多機能材料の設計と開発
  • 各種製造プロセス最適化による難製造•加工への開発と特性評価
  • 材料の成分調製•最適化-材料製造-特性評価などの一連の研究•開発
主要設備:
 浮揚溶解装置, 放電焼結装置, 低圧含侵装置
 透過型電子顕微鏡(TEM:JEM-2000EX,HF-2000)

切断・切削加工 (機械加工システム研究室HP)

高付加価値・高能率・低コスト化のための要素技術を考案・開発することにより,日本の製造業を支えつつ, 環境負荷の低減を目指している.設計図を具体化するための加工技術の水準は,完成品の能力や耐久性に大きな影響を与える. 炭素鋼やアルミ合金のような汎用素材から電子デバイス材料や生体材料および航空宇宙用などに代表される 先端素材からにおよぶさまざまな素材を対象とした機械加工(切削加工,研削加工,砥粒加工)や特殊加工(レーザ加工)などの “ものづくり”に関する技術について,各加工における加工現象の解明と高精度・高能率な加工手法の確立をめざした研究を行っている. 特に次世代の加工技術として注目されるレーザ加工と各種機械加工との複合加工の開発を積極的に進めている.

研究の動向

  • 工作機械のセンシング技術および要素技術の研究開発
  • 難削材料の高能率高精度加工の研究
  • 次世代快削鋼の開発および次世代工具の開発
  • レーザ援用加工法の研究・開発
  • 硬脆材料のレーザ加工法の研究・開発
主要設備:
パラレルメカニズム機構マシニングセンタ(OKUMA PM600),超精密旋盤 (東芝機械 ULC-100A)

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