■2006.11

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.241

TODAY

日本と素材技術の未来を考える

ネルギー価格を引き合いにして「実用化にほど遠い」と酷評する人たちがいた。もちろん、当時のそうした人々は原油が１バーレル80米㌦を超える時代が来るなどとは想像だにしなかったに違いない。このようにかつては「起こりえない状況」が出現した結果、過去に実施した
経済産業省製造産業局製鉄企画室長

実証試験の中には採算ラインに乗ってくるものがいくつ

立 石 譲 二も出てきているはずである。こんな研究は当時、欧米をはじめエネルギーが豊富な国では、よほどの物好きでもいなければ行っておらず、日本でしか行われてこなかっ今年7月に2年の内閣官房勤めを終え5年ぶりに本省たものばかりである。未来を考える際には、こうした過（経済産業省）に復帰し、製鉄企画室長を拝命すること去の研究資産にも一度目を向けてみるべきである。になった。専門は情報工学なので鉄鋼分野は初めての経さて、このように今後の日本が省エネと環境技術で生験だが、前回の製造産業局勤務では繊維企画官として繊きていくとした場合、日本の素材産業はどう立ち回れば維素材の技術戦略策定を担当したので、素材分野は2度いいのだろう。世界的にも先端をいく日本の鉄鋼素材の目である。素材は日本の工業製品の国際競争力の源泉で技術的な競争優位は、自動車メーカーを代表する需要産ありながら、最終ユーザーからは見えない地味な存在で業との密接な協力関係のもとに次々に新商品を開発するあるところは繊維も今担当している鉄鋼も同様である。

体制を整えてきたことと、高品質な製品を安定的に製造しかも、最近の素材産業の底力はこうした先端工業製するための「品質工程設計」という摺り合わせを行ってき品に対してだけでなく、その製造工程における省エネルたことを通じて実現してきた。これからも資源小国であギーや今後の循環型社会形成に不可欠の役割を果たそうる日本、そしてその国の鉄鋼素材が世界の先端を走り続としている。
素材の利用業界も含めて、こうした点をもっけ、人類社会の豊かさと地球環境の保全を両立に貢献しともっと理解してもらう努力が必要だと思う。ていくためには、こうした「強み」を維持・発展させて私は時々、この日本が自分の子供や孫が現役で働く時いくことが何より重要である。

代に何で食っていく国になっているのだろうと考えるこ

その意味で足下の状況を見てみると、自動車や部品メとがある。これは全く個人的な見解だが、いつも同じ結ーカーの多くは中国をはじめアジアの国々に製造拠点を論にたどり着く。日本は世界に冠たる「環境・省エネ技移し、日本の素材メーカーにも日本と同じ製造拠点の進術大国」として食っていくしかないと。天然資源もない、出を期待しているらしい。また、これまで国内技術を牽高齢化が進み働く人口も少ない、食料も自給できない、引してきた金属冶金や金属工学の学部や学生数が減少す

こんな経済成長にとっての三重苦のような条件のもとでる一方で、各社のこの分野の現役世代の大量定年退職がどうやってこの国が成長を続けられるかといえば、これ始まるという。これまで鉄鋼産業は長い冬の時代を経験まで愚直なまでに研究開発に取り組んできた省エネ・環し新規採用を抑制してきたため、こうした大量退職者か境に関する技術やノウハウという知的資産を商品（ビジらの技術継承も困難に直面しているという話もある。

ネス）化していくしかない。また、そのことが世界全体

北欧の諺に「誰もが心配することほど誰かが対策を考の反映と平和に貢献していくことにもなる。

えてくれると放置しがちだ」というのがあるが、日本のかつて工業技術院で国際研究協力を担当していた時、鉄鋼業界はそんなことはないと信じているし、政府の一石炭液化や資源再利用に関する（独）新エネルギー・産業員としてもこれを機会に何ができるかを真剣に考えてい技術総合開発機構の多くの実証事業について、当時のエきたいと思う。

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JRCM REPORT「難加工マグネシウム合金大型板材の高効率量産プレス成形金型に関する研究開発」成果報告「難加工マグネシウム合金大型板材の高効率量産プレス成形金型に関する研究開発」成果報告
非鉄材料研究部

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はじめに

本事業は日本版SBIR（中小企業技術革新制度）の一環として、中小企業松本信吾（現：新日鉱テクノリサーチ（株））りの大型金型を必要とし、マグネシウ

び耐久性に優れる薄膜コーティング技

ム合金のように温間プレス加工を必要

術及びリコーティング技術の確立を目とする場合、金型の加熱だけでも大電指した。

力とともに長時間を必要とする。

本事業の第一の特徴は、大型プレスの技術力・国際競争力を強化し、わがまた、プレス加工には潤滑剤が必須部品製造に際して、マグネシウム合金

国の製造業全体の国際競争力の優位性であるが、製品表面に残留した場合の板と接触する金型表面近傍のみを効率を高め、わが国の経済活性化につなげ耐食性及び表面処理性の問題がある。

良く均一に加熱するため、複雑な金型るために、国の提示した金型分野とロマグネシウム合金製大型プレス部材を形状にも対応可能で高容量のフィルムボット部品分野について、中小企業・製造する場合、これらの問題解決が不ヒーター及びその制御システムを開発

ユーザー企業・大学等からなる共同研可欠である。そこで、本事業では上記するとともに、単純形状部分には従来究体からの優れた提案について（独）中のような大型マグネシウム合金プレスから使用されているカートリッジヒー

小企業整備基盤機構が研究開発を委託

部材の高能率生産技術を確立するたターを併用する点にある。

したものである。

め、金型の表面近傍のみの局部急速加さらには、できる限り金型表面近傍

当センターは管理法人として、平成15

熱を行うための新規フィルムヒーターのみに熱が集中するように、セラミッ年から17年まで本事業を効率的に管理の設計及び製造、無潤滑あるいはミニクス等の断熱材をヒーター下部に配置運営し、当初目標を上回る成果を収めマム潤滑加工を可能にする金型への薄するとともに、伝熱シミュレーションることができたので、その概要につい膜コーティング及びリコーティング技技術を確立し、金型及び製品の熱膨張・て報告する。
なお、参加企業及び大学は術に関する研究開発を行った。

熱収縮量の推定による製品寸法精度の（株）
ツバメックス、サンライズ工業（株）、（株）不二越、長岡技術科学大学である。

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研究開発成果の概要

向上、ヒーター及び断熱材位置の最適化、金型表面からの放熱、熱伝導によ本研究開発では、大型プラズマデるプレス機械への熱の放散を最小限にィスプレイのフレーム、自動車のボとどめる技術を開発することとした。

マグネシウム合金はリサイクル性にディパネル材等の大型部材の薄肉軽自動車のボンネット等を想定した実優れ、高強度・高剛性を有することか量化に対応可能なマグネシウム合金用大型金型に対し、①局部加熱ヒータら、携帯用家電製品への応用が増えてプレス部材の高効率製造技術を確立ーシステムの開発、②耐久性に富む潤いる。今後、壁掛けをも視野に入れたするために、（i）
複雑形状及び曲面を滑性薄膜のコーティング条件の把握、薄型軽量化が指向されているプラズマ有する大型金型の表面近傍、例えばコ③局部加熱・潤滑条件が最適化されたディスプレイ及び大型液晶ディスプレーナー部等の加熱を均一かつ効率良く複雑形状大型金型の設計・試作及びイは大幅な需要が見込まれ、さらには加熱するためのフィルムヒーターの開④材料組織を考慮したプレス成形条件

京都議定書の発効とともに、欧米をは発及びそれを既存の棒状カートリッジの最適化、⑤ヒーター、潤滑の耐久性をじめとして、国内でもすでに自動車のヒーター及び断熱材とともに組み込ん極める量産技術の確立を目標とした。

軽量化を目指したマグネシウム合金プだ金型設計・製作、（ii）ドライ・セミ

その結果、レス材の応用が検討されている。しかドライ加工化（無潤滑、ミニマム潤滑①フィルムヒーターについては、使しながら、これらの部材製造にはかな加工）を可能にする金型への潤滑性及用時の環境、金型形状、制御センサー

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事業の背景・目的位置、ヒーター形状及びプレス本体等の諸条件により、昇温特性結果が異なるので、最適熱量についても追究した。
一方では、金型熱膨張によるヒーターの破損が発生したが、対策としては、熱膨張の影響を減らすようにヒーターフィルムヒーター（曲面形状にも対応可能）を小分けしたカートリッジ式フィルムヒーターの規格化及び温度制御装置を

図−1 ボンネットインナー、ブランク用フィルムヒーターの組み込み状況

JRCM NEWS No.241

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含めたモジュール化を図り、汎用性のプラズマディスプレイ
バックパネル
マグネシウム合金製
ブリーフケース

自動車大型ボンネットパネル
図−2 本プロジェクトで成功したマグネシウムプレス成形品

ある定規格品（ユニット化）にすると部の温度を常時監視し、金型全体がほ量の壁掛けテレビの普及が加速するこ

ともに、発熱体をSUS箔抵抗体からぼ均一に温度上昇するように自動化しととなる。2002年度の電子情報技術産Fe−Cr線抵抗体へ変更したことによた。これにより目標の300℃まで1時間業協会のデータを用い、プラズマディり大幅なコスト改善を達成することが以内という目標を達成するとともに、スプレイ及び液晶ディスプレイの生産（図−1）できた。

局所過熱を防止することができ、88ユ

台数と伸び率から、マグネシウム製品ニットのヒーターの断線は皆無であっのシェアを30%と仮定すると、事業終た。

了3年後の2008年には270億円の市場規

また、プレス成形試験の結果、実用化のためには寸法精度等を含めた製品品質、コスト、作業性、材料入手等に④マグネシウム合金圧延素材につい関し、新たな多くの問題点が提起されては、有限要素法を用いたシミュレー模が予測される。
一方、地球環境問題から、燃費向上た。そのため、実際により近い金型形ションにより、材料のもつ異方性を考のため、自動車の軽量化は大きな課題

状の熱伝導及び熱膨張及び熱収縮を考慮した解析を行うことができた。さらである。エンジン周り部品が直近の課慮したシミュレーション解析を行い、に実験型を用いたサーボ油圧式プレス題となっており、国内自動車メーカー

金型に挿入する面状ヒーターの最適位機により材料組織及びプレス成形条件も積極的な使用を考えている。欧米で置、加熱量等の最適条件を検討した。と成形性との関連を詳細に調べ、よりはさらなる先を見通し、ボディパネル②については超マイクロブラスト処

低温でプレス成形可能な最適組織を有材への応用を考えている。ドイツは積理を付与したDLCコーティングによする素材を提示することができた。

極的で、鉄鋼会社がマグネシウム圧延り、金型温度が240〜270℃のとき、⑤金型を組み込んだヒーターシステ材の研究開発を進めている。マグネシ

少量の潤滑剤でもテフロンシートと同ム、潤滑の耐久性を見極めるため、本ウムを使用したフォルクスワーゲン社

程度の限界絞り比を達成することがでの栞のプレス、打ち抜き成形試験を2のコンセプトカーが110km/ の燃費をきた。今後は、一層の耐久性確保のた

万5千回実施した。形状劣化は認めら達成している。国内でも高級車をはじめに中間層及び処理温度の最適化を図れず、DLCコーティングの有効性がめとした応用展開が予想される。日本

るとともに、これらの薄膜コーティン立証できた。

自動車工業会の統計データからパネルグに適した潤滑剤を選定することとしている。リコーティング技術について

4事業化計画について材へのマグネシウムのシェア15％を仮定すると、2008年度には220億円の市は、すでに工具等で実施されているシ本研究成果が実用化されると、軽量場規模となる。家電製品と自動車部品ョットブラストによるコーティング薄かつ複雑形状の薄肉大型マグネシウムに参入できれば、新市場開発、環境問膜の剥離及びリコーティング技術の合金プレス部品を低コストで製造する題軽減という波及効果が期待される。

横展開を行い、最適な処理技術を選ことが可能となる。また、ドライ加工市場が大きければ、反面リスクも大定した。

あるいはセミドライ加工が可能となきく、事業化には慎重に取り組みたい。

③上記局部加熱・潤滑条件が最適化

り、作業環境が改善されるだけでなく、初年度の成果として、A3サイズのブリされた複雑形状大型金型の設計・試作成形加工後のブラスト処理等の後処理ーフケース（単純形状中型金型）の製品及び材料組織を考慮したプレス成形条が軽減され、かつ表面処理が容易とな化に成功した。2年目はプラズマディ件を最適化した。その結果、各ヒータり、大きなコストメリットが生ずる。

スプレイ等の筐体の製作に成功した。

ーをシミュレーション等により金型上大型薄型テレビの筐体の素材として、最終年度は自動車の大型ボンネットパに最適な温度分布になるように配置しプラスチックから耐燃性・高級感の高ネルのプレス成形に成功した（図−2）。

た。金型昇温に当たっては各ヒーター

いマグネシウム合金を応用すれば、軽今後はこれらの製品に対する市場の反3

JRCM NEWS No.241

応を見ながら、大型製品に対する市場話を超えた家電・自動車製品等の大型型部品の薄肉軽量化に対応可能なマグ化を模索する。

部品への展開が期待されている。マグ

ネシウム合金部品の高効率プレス成形

市場化に付随する大きな課題は、当ネシウム合金を成形する場合、一般的金型技術の確立を目指した。

プロジェクトでの技術を中流とするにダイカストやチクソモールディング

そこで、①所定の温度まで1時間以内と、上流の板材の供給と下流の表面処のような溶融加工法が用いられているの加熱が可能で、1万ショットの耐久性理技術の進展の程度である。特に板材が、表面欠陥が生じやすく、長尺薄肉を有する局部加熱ヒーターシステムのの供給に関しては問題が多く、1ｍ巾化が困難という欠点がある。

開発及びそれを可能とする金型設計。

以上の圧延板の供給先は世界的に限定

一方、塑性加工においては、マグネ②無潤滑あるいは最少量の潤滑剤で1され、価格も格段に高い。広幅材製造

シウム合金はその結晶構造のため、冷万ショットの耐久性をもつ薄膜コーテ技術の研究が今後進展して、国内で広間加工性が悪く、300℃程度に加熱しィング技術の確立。③以上の技術を基幅板材の供給が可能となれば、事業化た温間加工が必要である。プレス加工

礎に複雑形状大型マグネシウム部材とに大きな力となる。

用大型金型の加熱は、大電力とともにして自動車ボンネットインナーパネル長時間を要する。また、プレス加工にのプレス成形を最（1,437mm×1,250mm）

は潤滑剤が必須であるが、製品表面に初のプレスから成功させることができマグネシウム合金はリサイクル性に残留した場合の耐食性及び表面処理性た。
今後はマグネシウムの安価な大型素優れ、軽量で高強度・高剛性を有してが課題となる。大型薄型テレビ外枠、材の供給問題もあるが、事業化に向けおり、現状のパソコンケースや携帯電自動車のボディパネル材を想定した大た積極的な展開を図ることとしている。

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おわりに

日本アルミニウム協会技術講習会

平成18年度「自動車のアルミ化技術講習会」
主 催：（社）日本アルミニウム協会、自動車アルミ化委員会
日 時：平成18年12月1日（金）10：00〜17：00
場 所：アルカディア市ヶ谷（私学会館）
東京都千代田区九段北4−2−25（社）日本アルミニウム協会 担当 上田、河野
申込先：〒104-0061 東京都中央区銀座4−2−15 塚本素山ビル
TEL：03−3538−0221

FAX：03−3538−0233

自動車アルミ化委員会ホームページでもご案内しております。
http://www.aluminum.or.jp/jidosya/japanese/

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第241号

発 行 2006年11月 1 日
発行人 小紫正樹
発行所 財団法人 金属系材料研究開発センター〒105-0003 東京都港区西新橋一丁目5番11号 第11東洋海事ビル6階

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