コア技術の 『ろう付け技術』 を向上させるための 産学官連携

産学官連携の経緯と成果
アタゴ製作所 上西正久

開発事例の紹介群馬大学

荘司郁夫

㈱アタゴ製作所の紹介● １９７０年

資本金
従業員

ガスバーナ製造で創業
3500万円
140名

売上高 （３９期）４４億円見込●

２０００年までの事業
ガス機器関連バーナ・熱交換器
送風機 その他金属加工
ガス機器のＯＥＭ供給●

２０００年以降
ガス機器関連の減少
新たな分野への展開

㈱アタゴ製作所の紹介● 現在の生産品
・ ＣＯ２給湯機の熱交換器 ＜エコキュート＞
・ エンジン発電・給湯機の熱交換器 ＜エコウイル＞
・ 各種の熱交換器 （熱回収、ＨＰ用、放熱用）● これからの期待事業
・ 燃料電池関連の部品 （数年後本格化）
・ 省エネ・農業関連

売り上げの推移と新規商品の割合

4,500
4,000

売上金額（百万円）

3,500

平成15年度から新たな企業に商品の取引が進む。順調に受注が始まる。

新規商品25億円
58％

平成13年度から新規部品の取引が進む。

3,000

新規商品

2,500
2,000
旧来の商
品

1,500
1,000
500
0

H11年 H12年 H13年 H14年 H15年 H16年 H17年 H18年 H19年
平成１２年産学連携の研究開始
年度

ＩH
G
F
E
DC
BA

環境変化（平成１０年頃）への対応模索★平成10年（1998年）までの事業環境○ ガス機器関連大手セットメーカからの部品の生産を受託し、大手の共栄・共存策に依存していた。
＜図面をもらい、指導を受けて物を作る＞★事業環境の変化○大手企業の海外シフト・事業撤退：【大手会社には頼れない！】「新しい得意先、新しい仕事を確保」が緊急課題となる。
『コア技術は何か？』 ・・・？？？
『アタゴでは 何ができる？』・・・？？？自問☆模索の結論として、些少の「製造技術・設計」の経験を生かし『ロー付け技術を、コア技術として、熱交換器を設計・製造できるように』＜ ロー付け技術で提案できる会社を目指す ＞

産学官連携の始まりと期待●1999年2月（平成１１年）日刊紙の地方覧
長年 「ロー付けの研究」 をされていた群馬大学の乙黒教授が紹介された。
☆ 早々に研究室を訪問し、技術相談・指導、調査・分析等の支援をお願いした。 （まず寄付金で）● 大学への期待。
☆ 困った時に相談したいが 第一。
☆ ロー付け・材料技術の基礎を構築したい。＜群馬大学＞
ロー付け ： ロー付条件、結合部の組成・強度・耐久性
新しい複合材料（ロー付けできる）☆ 熱交換器の設計資料、試験評価 ＜足利工業大学＞
性能のシミュレーション・性能試験
大学の基礎技術・技術情報を利用し、技術力の向上を考えた産学連携のスタートであった。

産学官連携の成果（量産品）● ＣＯ２給湯機用熱交換器（エコキュート用）
冷媒回路： １２ＭＰａ の高圧
水回路 ： 銅プレートで水通路

ロウ材

冷媒管
水通路

一括ろう付けによる製造各大学との連携経緯と内容
大学連携の経緯

連携の内容

群馬大学

ろう付けを研究している教授の存在を知り訪問する。
研究室への寄付金でスタート

・基礎研究
・日常の指導・相談
１1件/９年間

信州大学

アタゴのニーズを 群大・助教授 ・複合めっき の開発
が信州大・助教授に学会で橋渡１件 ３年間し、３者共同研究が始まった。

旧知の民間出身講師が、熱解・シミュレーション
析を得意としたので、依頼する。 ・新規熱交換機の実証
足利工業大学 学生の卒論に評価試験の実施
試験・評価
６件/６年
大学見学で、技能教育の実態を ・溶接技能者の教育
ものづくり大学 見て、社員教育をお願いする。
対象者全員

産学官連携平成12年以降の実績
群馬大学

足利工業大学

その他大学

2000年

共同研究

平成12年

ＳＵＳ材のロー付け

200１年

共同研究

平成13年

ＳＵＳ材のロー付け

2002年

寄付金

共同研究

平成14年

溶接材料開発熱交換器評価

2003年

共同研究

寄付金

平成15年

溶接方法の開発

熱交換器評価

2004年

共同研究

共同研究

信州大学

平成16年

溶接材料開発①

熱交換器評価

溶接材料開発①

群馬県開発支援補助金
群馬県開発支援補助金
北関東産官学研究会

共同研究

ものつくり大学

新熱交換器開発

溶接研修

2005年

共同研究

共同研究

信州大学

平成17年

溶接材料開発②

熱交換器評価

溶接材料開発②

共同研究

ものつくり大学

新熱交換器開発

溶接研修

2006年

共同研究

共同研究

信州大学

平成18年

溶接材料開発③

熱交換器評価

溶接材料開発③

経済産業省 補助金
群馬県産学官連携推進

北関東産官学研究会

熱交換器評価共同研究 ＡＳＵＳ熱交換器

平成20年

北関東産官学研究会

共同研究

２００７年
平成19年

200８年

官による支援共同研究 Ｂ
アルミ放熱器共同研究

ＮＥＤO燃料電池要素開発

熱交換器評価北関東産官学研究会

産学官連携の成果が出た理由● 群馬大学 中小企業へ強力な支援。
・ 窓口の 「共同研究イノベーションセンター」 の施策と 配慮
積極的な中小企業への呼びかけ。 セミナー等の実施
大学のシーズ・研究室の紹介と 結びつけ。

・ 教授方が 共同研究熱心、企業指向でよろず相談もＯＫ。
開放的で 自由に出入り、設備活用が出来る。
● ＮＰＯ法人北関東産官学研究会
・ 大学との共同研究への資金的援助
企業の負担最小限で共同研究が出来る。
● 中小企業への国・県の支援策（補助金制度）
・ 基礎的な開発・リスクを伴う開発に挑戦できる
・ 目的に応じて活用 ＜経産省・県・産官学＞

『基礎技術の開発』
群馬大学と共同研究

群馬大学・信州大学と共同研究

群馬大学と共同研究

特願：2001-211409

特願：2004-233700

特願：2008-181951● 鋼材を 銅材の代替に●SUS材のろう材の製造方法●アルミと銅材の結合法法

鉄またはSUS材の表面に銅層

銅素材の表面に、ろう材合金層 を作る

アルミ材料の複数の金属層を形成し、を形成、銅材とＳＵＳの炉中ろう付けで結合する。

Ｃｕ

SEMC
u
2 0mm

『特殊はんだで銅材と結合』する。

P2 0mm

2 0mm

銅菅

プレート熱交換器

アルミ板ＳＵＳ３１６

複合めっき済みプレート

金属複合層+ﾊﾝﾀﾞ合金

産学官連携を振り返って★ 継続しての「大学の支援」 と 「補助金の活用」 により効果が十分得られ、現在の売り上げに繋がっています。
★ 特許の共同出願（３件）、先生方の学会発表の論文（６件）、学生の卒論などで、大学側への多少の貢献に成りましたが基本的には 「学・官への依存の連携」（利用型）であったと思う。
更に、「 Give & Take 」を目指したいと思っている。
★ 共同研究のテーマが基礎的なもの、要素技術的なものに限られ、「ズバリ連携の成果ですと言える商品」はありません。
中小企業の体力では、これからも同様です。
★ ハイテクと言えるテーマはありませんが、 もっと多くの先生方、他大学と連携することが出来ればと考えている。

開発事例（ＳＵＳと銅の結合）について・ 荘司先生にご紹介頂く 内容は、
＊ 銅とＳＵＳ 鉄材を 安いろう材で結合したい。
＊ 既存の設備（連続加熱炉）でろう付けしたい。
当時は 出来ればいいな！ と夢のようなことでした。
・ 雑談の中で、「先生が可能性がある」と判断して頂いたことが、開発の始まりです。
・ 成果は 共同出願になり、商品化は まだ些少ですが、＊ 軽量化・耐食耐久性のためのＳＵＳ利用＊ 銅の代替として 安価な 鉄材利用目的で、今後拡大して行く予定です。
学会で発表された先生の論文を見て、最近大手メーカより引き合いが来ている。

産学官連携の成果（素材代替）● 鋼材を 銅材の代替にSUS材の表面に銅層を形成、銅材と炉中ろう付け結合する。

Ｃｕ

ＳＵＳ３１６

開発事例紹介１

連続加熱炉を利用したステンレス鋼と銅の接合技術

研究者：群馬大学大学院工学研究科
機械システム工学専攻
准教授 荘司 郁夫

技術内容紹介
・熱交換器用の材料には，一般的にCuおよびCu合金が使用・耐圧性, 耐熱性が要求される部材にはステンレス鋼が使用・Cu用のろう材（りん銅ろう）では，ステンレス鋼のろう付けは困難（接合界面に脆いFe-P系化合物が生成するため）ステンレス鋼表面にCuめっきを実施
接合部組織，接合強度評価により適正めっき厚範囲を確立

従来技術とその問題点
銅製品のろう付に使用される既存の還元雰囲気炉中にてりん銅ろう(Cu-7P)で、ステンレス鋼をろう付すると、接合界面に脆いFe-P系化合部が生成する。
そこで、ステンレス鋼に銅めっきを施しろう付を試みた。
Cu-7P(りん銅ろう)

Cu-7P(りん銅ろう)

S US316

界面生成相
P: Fe: Ni: Cr
43: 32: 16: 9(at%)

S US316Cu
thi ckness:
3 μm
Cuめっき厚:３μm

Cuめっき厚:15μm
Cu
thi ckness:
15 μm

接合界面にFe-P系化合物が生成

接合界面にCuめっき層が残存20 μm

接合強度評価結果（5x5mm 接合部のせん断強度）
SUS316

3000
2500
2000－ ＋σ1500■ AVE.

1000せん断強度(N) (N)Shear Strength

せん断強度(N)Shear Strength(N)

3500

4000

3000

2000

1000

－ －σ

500

001020304050

Thicknessof Plating Cu(μm)
Cuめっきの厚さ（μm）

SUS444010203040

Thickness
Cuめっきの厚さ（μm）
of Plating Cu (μm)

実用レベル： 1100℃ 窒素雰囲気にてCuろうにて接合した
SUS316鋼の強度：2500～3000Ｎ）

１．ステンレス鋼表面に20μm厚以上のCuめっきを施すと，接合界面部でのFe-P系化合物層の生成を抑制できる．
２．界面でのFe-P系化合物層の生成がみられなかった試料においては，実用レベルの接合強度が得られた．

想定される用途• 既存の還元雰囲気の連続加熱炉中にて、りん銅ろうを用いて銅材とステンレス鋼材を一括接合する技術を開発した。
→ ハイブリッド熱交換システムへの応用が期待

銅めっきステンレス鋼と銅材を用いた複合熱交換プレートの試作例（上下それぞれ２枚ずつがステンレスプレート）

開発事例紹介２

Cu-P複合めっきを利用した銅上へのろう材層作製技術の開発

技術内容紹介
・熱交換器の材料として広く使用される銅のろう付けにはりん銅ろう(Cu-7mass%P)が使用される．
→ りん銅ろうは，箔あるいはペーストにて供給されるが，熱交換器部品の形状が複雑になるにつれ，適量供給が困難となっている．
(信頼性およびコストの問題発生)→ 複合Cu-Pめっきを用いた，あらかじめろう材が必要な箇所へのろう材成分の供給技術の開発
温水供給システム

新技術の特徴・りん銅ろうの成分はCu-7mass%P (Cu-Pの合金)
・Cu-P複合めっきによりりん銅ろうと同成分のめっき層を銅上に形成し，ろう材として使用することを目指す．
生成する層は，CuめっきにPが取り込まれたもの．

Cuめっき液CuP微粒子(粒径7.5μm)

P content in deposit layer (mass%)
生成複合めっき層のPの濃度(mass%)

Cu-P複合めっきの評価
352821P

14

Cu-P 複合めっき層

70
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Pめっき液中のPの濃度
concentration in plating bath (g/dm 3)

40μm

Cu板

めっき液中への添加P粒子濃度を
1 g/dm3 とすればCu-7mass%Pに相当する複合めっき層が生成する．

１．複合Cu-Pめっき法により，銅上に適量のりん銅ろう層を形成する技術を開発した．
２．溶融特性および接合強度評価より複合めっき液に添加する，P粒子の粒度分布は，3～10μm程度が望ましいことを明らかにした．

想定される用途• 銅製ブレージングシート• りん銅ろう成分を有するろう付部品• 複雑形状を有する熱交換器部品へのろう材層の生成が可能• 複合めっきを応用した他成分系ろう材への展開

複合Cu-Pめっき層を用いた
プレート熱交換器の試作例（接合部断面）