■2003.3

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.197

TODAY

新技術・製品開発型プロジェクトの成功の鍵と停止
磨して平滑にした316Lステンレス鋼（Fe-17%Cr13%Ni）製の管が使用されていた。開発者は、LSIの生産歩留が低いのは、ガスが管内面のFe-Cr-Ni系酸化物皮膜と反応し、その生成物粒子が回路を東京大学生産技術研究所

教林

授遮断するためであることに気付いた。次にCr2O3酸化物がガスと全く反応しないことを見いだした。

宏 爾

そして合金組織学と熱力学的知見に基づき、管材料を高Cr脱NiのFe-26%Cr合金とし、H2O分圧を制「プロジェクト」といえば、ＮＨＫの人気テレ御したH2中で管内面を加熱酸化することにより緻ビ番組『プロジェクトＸ』が頭に浮かぶ。この番密な同皮膜をつくった。さらに、超平滑面が得ら組を見ることにより、各種分野におけるプロジェれる管加工技術を開発することにより電解研磨をクトの「成功」の過程を知ることができる。金属不要にし、皮膜形成処理によるコスト増を大幅に系材料の新技術・製品の開発についてはこれまで打ち消した。これらにより、64〜256MbのLSI製造紹介されていないが、私は、ある工業界賞の選考用の高性能ガス管の低価格生産を実現した。現象委員会の委員を務めている関係上、それを知る機把握、理論活用、新加工技術開発等による成功例会がある。賞の対象は、表題における「新技術・といえる。

製品開発型プロジェクト」の成果、すなわち「調厚鋼板熱延工程でのオンライン水噴射加速冷却査型プロジェクトと異なり、新技術の開発ばかり熱処理装置には、冷却の不均一と能力不足の問題でなく、それによって生み出される新製品の機能、があった。開発者は、均一で高速（従来値に比べ生産量、工業界活性化や社会・環境への貢献等も最大10倍）な冷却は全面を核沸騰冷却（蒸気が全考慮するプロジェクト」の成果であり、世界初のく生じない冷却）することにより可能とする理論技術で、かつ新製品の売上高や経済効果が通常数を知り、同冷却を実現する装置を、水噴射条件と百〜数千億円／年のものである。選考では、成果

板搬送速度等を理論的・実験的に鋭意検討し開発内容を知る書類審査とヒアリングのみでなく、現した。これにより厚鋼板ばかりでなく形鋼と薄鋼地調査も行って製品と製造設備等を視察し、「成功」帯の高品質・大量生産を実現した。既存知識を活の過程、さらに失敗と開発者の人柄等も知ることかし、高温物体に水をかければ蒸気が出るというができる。

生産現場の常識または日常的経験を技術的に打破

JRCMのプロジェクトのなかには、この種のもしたことによる成功例といえる。のもあることから、最近の現地調査事例2件の概要

他の多くの事例についても概観して成功要因をを紹介し、表題の課題について私見を述べたい。

総括すると、（1）
現存の材料・部材・技術・解析装

LSI製造工場におけるSiH4、HCl等の回路成膜用置・生産設備・製品・メーカーとユーザー間関係ガスの搬送には、塵付着抑制のため内面を電解研等における問題点の検出、（2）
常識・日常的経験・

1

先入観の打破と現象・技術・理論の活用による問し、目的に向かって既存の多くの知識を創意的に題点解決策の考案・実現、（3）
問題点解決の成果を活用するとともに、積極的な情報交換と討論を協製品化するための新加工技術・生産システム等の力的に行って各自の課題の解決策を全力を尽くし考案・実現、（4）
これらを行った、誇り高く、開発て考案し、合理的で正確な実験を迅速に繰返して意欲に燃え、粘り強い、謙虚な開発研究・技術者

各自の成果を出し、全成果を全員が有機的に統合たちの存在と、当初は消極的・無関心であったすることであろう。

人々の、見通しがついたあとの協力、等である。

そのような多大な努力をした場合でも成功の見以上のことを鑑みると、「新技術・製品開発型プ込みがないと全員が判断したときには、「プロジェロジェクトの成功の鍵」は、プロジェクトの構成クトの停止」を、当初予定期間の途中でも全員で員全員が少なくとも上記の成功要因を十分に認識決断することが必要であろう。

JRCM REPORTJRCM受託JRCM受託 平成14年度新規プロジェク
平成14年度新規プロジェクトト「精密部材成形用材料創製・加工プロセス技術の開発事業」の研究計画概要の研究計画概要「精密部材成形用材料創製・加工プロセス技術の開発事業」
非鉄材料研究部

鈴木育郎・木曾徳義

1 はじめにロ機器部品の製造のためには、高精密れまでにない高精密加工技術を工業レ金属金型を用いた高精密な部材の成形ベルで実現することを目指す。

近年、特に医療、バイオ、情報通信、加工技術が求められている。

機器部品等のさまざまな分野においてそこで、経済産業省よりJRCMと独2 各研究開発テーマの概要

機能性マイクロ機器の重要性が増して立行政法人産業技術総合研究所が共同

本プロジェクトは、林 宏爾東京大きており、その製造のために微細成形受託し平成14年度から開始された「精学生産技術研究所教授をプロジェクト加工が可能で高強度、高靭性等の特性密部材成形用材料創製・加工プロセスリーダーとして、平成14〜18年度の5を有する金属系新材料に対する要求が技術の開発事業」では、3つの研究開年間において研究開発を推進する。

極めて強くなっている。

発項目（1）「高易加工性金属系新材料

2−1 高易加工性金属系新材料の開発

しかしながら、これらの要求を実現の開発」、（2）「高精密金属金型材料創

高精密で強度、靭性等に優れた成形するための実用的な材料や技術ができ製・加工技術の開発」、（3）「高精密部加工品を得るために、現状2〜3μｍ程ていないのが現状である。例えば、イ材成形加工技術の開発」に取り組み、度の結晶粒径を0.1μm以下の微細結晶

ンクジェット技術は「安くつくれる半材料技術と加工技術の融合による新し化を行うことにより微細成形を実現す導体」や「有機EL（エレクトロ・ルい技術の構築を行うとともに、材料とる高易加工性とともに、高強度、高靭ミネッセンス）表示装置」等への応用

加工の2重のスパイラル効果によるソ性、高伝導性等の機能を有する高易加の期待が大きいにもかかわらず、インリューション型研究開発を実施し、こ工性金属材料を実現する。さらに合金クジェット技術を支える高精度寸法のインクジェットノズルの開発がネックとなっている。
また、情報通信分野では大容量化、サービスの多様化、長距離系からアクセス系へと移行していくなかで、並列光コネクション技術が不可欠となっており、そのための多チャンネルのインターフェースとして超多心光コネクタの実用化が緊急に求められている。さらにLSI用マイクロテストプローブ等、近年重要性を増している機能性マイク

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図−12

電解析出法により作製したナノ結晶材料の脆化粒界モデル

材料等の組成設計・組成制御、組織制
御等をナノからマイクロメートルに至る領域で安定的に制御する技術を開発（図−1、図−2）
する。
研究開発の目標
・成形後においてHv400以上・歪量が0.5%以上の成形加工後も破断しない高靭性・1,000MPa以上の引張強さ
目標達成のための課題
１．粒界厚みと粒径の関係を制御するとともに、H、O、Sの不純物を抑

図−2 ナノ結晶被加工材の常温における高靭性発現のための材料組織学的条件の模式図制して易加工性を発現させる。
２．粒径を制御し、硬さ、引張強さを発現させる。
2−2 高精密金属金型材料創製・加工技術の開発
高精密成形加工を安定的に行うため、高強度、高靭性等を有すると同時に、微細加工性に優れた金型用材料創製技術の開発を行い、そこで開発された金型材料を用いて、微細仕上げ加工技術、高アスペクト精密加工技術、精密組立・精密位置決め技術等の開発を行い、高精密金型加工技術を開発する。
（図−3、図−4）
研究開発の目標
・耐熱、高強度、高靭性、離型性等費加工材に適した金型材料・±0.1μmの寸法精度を可能とする金型加工技術
図−3

図−4

金型材料微細ＷＣ粉末炭化法の開発

FIB加工による超精密金型加工法の技術開発

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目標達成のための課題

成果は幅広い産業分野や企業に適用拡

用金型は平成22年（2010年）には国内１．0.1〜0.3μmの金型材料粉をつく大が見込まれるが、ここでは主なターの市場規模7,500億円が推定される。

り、さらに焼結での粒成長を抑ゲットとしてあげられる多心光コネク・その他の波及効果：医療、バイオ、制して高強度や金型加工の寸法ター、インクジェットプリンターノズ

情報、電子機器部品等のさまざま精度を発現させる。

ルヘッド、高精密金型その他についてな分野で必要とされる高精密マイ市場効果を取り上げる。

クロ機器部品の製作に、本プロジ・光コネクター：本プロジェクトで開

ェクトで開発された技術を基に大発された技術を基に低損失多心光

きな市場規模の拡大が推定される。

2−3 高精密部材成形加工技術の開発

コネクターの実用化が図られ、平寸法精度がサブマイクロメートルオ成22年（2010年）には世界の市場規4 終わりに模1,500億円が推定される。

以上のように本プロジェクトでは材２．金型加工装置、手法とその精密制御をし、金型加工の寸法精度を発現させる。

ーダー以下である、マイクロ機器部品、精密部材の製造を可能とする高精密部

・インクジェットプリンターノズルヘ

料が成形加工され部材・部品となった

材成形加工技術並びに成形性予測技術

ッド：本プロジェクトで開発され時点で、材料として有していた機能を（図−5）を開発する。

た技術を基にヘッド解像度、最大最大限発揮できるように、成形加工時研究開発の目標解像度等を向上させたインクジェの材料特性変化を見込んだ材料創製技

・±0.3μmの成型部材を安定的に作製

ットプリンターの実用化が図られ、術と、その材料に最適な成形加工技術

平成22年（2010年）には世界の市場との一体的研究開発を実施する。これ

規模1兆円が推定される。

により、わが国材料産業の国際力競争する技術
・成形予測技術の確立
目標達成のための課題

・高精密金型：本プロジェクトで開発

力強化と、材料産業を部材産業に発展

１．成形加工時の温度、圧力、速度、された技術を基に光ピックアップ、させることにより、新規産業の創造に潤滑等条件の最適化で±0.3μm

半導体レーザー、フォトダイオー寄与し経済の活性化に貢献することがの精度を発現させる。

ド等に使用されるマイクロレンズ期待される。

２．形状が変わっても適用できる粒子流動制御成形加工技術を開発し、成形性予測技術を確立する。

3 プロジェクトの波及効果
本プロジェクトは平成14年度から18年度までの5年間実施されるが、終了後に参画企業の事業化が見込まれる。
また本プロジェクトによる技術開発の図−5粒子の流動を予測・制御した微細成形加工技術を開発（粒子流動制御成形加工技術）

日本金属学会セミナー「自動車の電動化の進展と望まれる材料特性」
日時：3月26日（水）10：00〜16：25

は、自動車の電動化動向と現状の場

所：千葉大学

電動部品の性能及びその材料特性を明確にし、今後の材料開発及び西千葉キャンパスG号館1階講義室
内

容：電気自動車の電気部品に使用され材料設計の一助とする。

る材料は、要求特性の多様性と性

問い合わせ先：（社）日本金属学会

能において従来の家電製品用材料

TEL 022-223-3685とは大きく異なる。本セミナーでJRCM NEWS No.197

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JRCM受託 平成14年度新規プロジェク
平成14年度新規プロジェクト
トJRCM受託「アルミニウムの不純物無害化・マテリアルリサイクル技術開発」「アルミニウムの不純物無害化・マテリアルリサイクル技術開発」の研究計画概要の研究計画概要
非鉄材料研究部

大園智哉

1 はじめにを100としたときの5.2%に相当し、2025なスクラップ量は85万tと見込まれ、年において使用量が250kg/台に増大

板材や押出材等の展伸材で再使用可能

本研究開発事業は、JRCMと住友軽

するとCO2削減効果は969万t-CO2／年な65万tと合わせても150万tで、45万tと一層の効果が期待できる。のスクラップが余剰となると予測され（株）が連名で、経済産業省の金属工業
3Rプログラムの一環として新エネルる。うち、サッシ・缶以外の展伸材ス

ギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

2 研究開発の目的

から「課題設定型産業技術開発助成金」

アルミニウムは、軽量であることか多くが自動車用アルミニウム展伸材との交付を受け、自動車のアルミニウムら自動車等を中心として適用範囲が広見込まれている。このため、自動車用スクラップの不純物を無害化し、再度がっているものの、現状の自動車スク展伸材スクラップを元の展伸材として自動車用素材として利用可能な再資源

ラップからの再資源化は、不純物の除利用可能な再資源化技術の早期の開発化技術を確立するものであり、平成14去等が技術的に困難なため、低品位なが必要である。

年度から3年計画で実施する。

鋳物等の再生地金として資源化されてそこで本研究開発では、解体部品及なお、本研究開発の成果の実用化のいるに過ぎない。しかしながら、低品

びシュレッダーチップ等の自動車スク波及効果として、自動車のアルミ化が位なアルミニウムの需要とのバランス

ラップからアルミニウムと他の有益な促進され、ひいては、温暖化ガス削減を考慮すれば、今後、アルミニウムス素材とを効率的に分離し、自動車用展に大きく寄与することが期待される。

クラップ発生量の増加に伴い、鋳物等伸材にリサイクルするためのビジネスモ

ちなみに自動車にアルミニウムを用いへの利用も余剰となることが予想されデルを構築するとともに、アルミニウた軽量化によるCO2削減効果は、2010ている。すなわち、2010年における国ム中の不純物を無害化、すなわち鉄等年度において使用量が150kg／台に達内のアルミニウムスクラップ発生予測が性能に及ぼす影響をなくし、再度自すると332万t-CO2／年と見込まれ、こ量195万tのうち、鋳物・ダイカスト等

動車用素材として利用可能な再資源化

れは京都議定書CO2 削減量6%の目標の低品位なアルミニウムで再使用可能技術を確立することを目的とする。

クラップの余剰量は約18万tで、その3 研究開発計画の概要
本研究開発は、①アルミニウム再生材中の鉄の許容量拡大、②アルミニウムリサイクルのビジネスモデルの構築、③自動車アルミ化に関するライフサイクルアセスメント（LCA）の3つの研究開発項目

図−1 アルミニウム再生材中の鉄の許容量の拡大

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から構成される。

速度を従来鋳造法の数℃／s に対し、でに実用化されているが、結晶粒制御①は住友軽金属工業（株）が担当する。

100℃／s以上とすることで、アルミ―等が主であり、本研究開発のように不②及び③はJRCMが（株）神戸製鋼所、鉄系化合物の晶出物を従来法の数10μ純物許容量を拡大させるために利用すスカイアルミニウム（株）、昭和電工（株）、ｍに対し数μｍまで微細化すること、る試みは、世界的に例がない。ただし、住友軽金属工業（株）、日本軽金属（株）、2）加工熱処理によって、固溶した鉄加工熱処理により析出物を制御可能で古河電気工業（株）、三菱アルミニウムが析出する際に生成するアルミ―鉄系あることが知られており、このことは（株）、（社）日本アルミニウム協会及び化合物の析出物のサイズを微細化する不純物の許容量を拡大することに利用

トヨタ自動車（株）、日産自動車（株）、ことにより、鉄系の化合物の影響を抑可能と判断される。

（株）本田技術研究所から研究者の協力制するための実用化技術を開発する。

3−2 アルミニウムリサイクルのビジを得て担当する。
3−1 アルミニウム再生材中の鉄の許1）に関しては、他の急冷凝固方法

ネスモデルの構築としてオスプレー法も知られている

廃車からの展伸材スクラップを自動が、板材の製造方法として溶湯圧延法

車用展伸材原料にリサイクルするため自動車ボディ用アルミニウム板材合金が有利であり、この技術は一部純アルの解体、回収、流通等、一連のリサイの不純物である鉄の許容量を現行レベ

ミニウム等の製造に実用化されていクルシステムのビジネスモデルを構築

ル0.2％の2倍、すなわち0.4％（AA6022合る。しかしながら、自動車用ボディ材し、関連業界に提案することを目標と金相当）まで拡大し、開発した技術の問のような合金系に対する実用化は行わする。図−2に自動車のアルミニウム題点や経済的な問題点を明らかにし、実れておらず、本研究開発では、自動車リサイクルの現行システムと開発後の用化技術を開発することを目標とする。

用ボディ材である6000系合金の実用化

ビジネスモデルの概念図を示す。本研

図−1に現行工程と開発工程を示開発のための製造条件を確立する。

究開発においては、より低コストでア容量拡大す。具体的アプローチとしては、1）溶2）加工熱処理に関しては、一般にルミニウム展伸材のリサイクルを可能

湯圧延による急冷凝固法により、冷却板材等の組織制御方法の1つとしてすとするために、上流工程である解体工

図−2 アルミニウムリサイクルのビジネスモデルの構築

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6程やシュレッド工程でのアルミニウム

大型アルミニウム部品は解体、リユーである。本研究開発では、自動車の軽展伸材部品の選別に伴う不純物元素低スされ、小型アルミ部品はシュレッダ量化を図る鉄、プラスチック、アルミ減を行い、既存のDC鋳造での製造可ーチップからアルミニウム展伸材と鋳ニウム等の各種材料を横断的に、主要能なレベルまで不純物量を低減可能な物材とに選別・分離されたのちに、変動要因を想定して簡易で精度の高い解体選別方法の検討及び、不純物無害各々アルミニウム展伸材再生塊とアル評価モデルを構築する。さらに、将来化あるいは精製工程を付与することでミニウム鋳物・ダイカスト材再生塊との主要変動要因の変域を想定し、今後展伸材へのリサイクルを可能とする解にリサイクルされて、展伸材メーカーアルミニウム産業が目指すべき技術課体選別方法の検討を行う。さらに関連や鋳物・ダイカストメーカーでリサイ

題、目標値、達成時期について考察す業界におけるアルミニウム部材の情報クルされる。

る。具体的には、1）自動車部品の素共有化を図ることで、長期的なリサイ3−3 自動車アルミ化に関するライフ材変更を評価するLCA評価モデルのサイクルアセスメント

作成、2）そのモデルを用いて、自動車クルシステムを構築する。
具体的には、1）現状技術・工程にLCA的視点からアルミニウムを自材料におけるアルミニウム材料の将来おける実態調査、2）リサイクルシス

動車に使用するメリットを効果的に算のLCA的有るべき姿を考察、3）COP3

テムの将来予測、3）スクラップ中の出できる評価モデルを用いて、自動車対応で評価バウンダリーを国内に限定

鉄製部品やアルミニウム鋳物・ダイカ

材料におけるアルミニウム材料のLCAしたモデルの検討、4）アルミニウム・スト部品とアルミニウム展伸材とを固的に将来あるべき姿を考察することを鉄鋼・プラスチックのLCAモデルの体の状態で選別する固相選別法とその目標とする。現在、自動車のLCAは、調査と作成の研究開発に取り組む。

性能調査、4）廃車シュレッダーチッ

素材及び自動車製造段階や廃棄処理段

プからのアルミニウムスクラップ中の階におけるデータが整っていないこと

4 終わりに不純物混入量把握及び製品特性への影から、必ずしも確立されておらず、部JRCMが平成14年度に新規に受託し響実態調査を行い、これらの調査結果分的なLCIにとどまっている。しかも、た「自動車軽量化のためのアルミニウムを基に、5）アルミニウム展伸材を展各種材料について、異なる前提条件で合金高度加工・形成技術開発」の実用化伸材にリサイクルするための新しいビ試算しており、今後材料横断的に客観の促進のためにも本プロジェクトの目標ジネスモデルを提案・構築する。すな的な評価が必要とされている。

達成が強く望まれており、この成果を利

わち、自動車用アルミ素材情報センタ

また、リサイクルについても種々の用するユーザーである自動車関連企業

ー（仮称）
にて、アルミニウム材料情報、変動要因があり、それがどのように推との連携のもと、経済産業省、NEDO、アルミニウム製部品情報、アルミニウ移するのか、予測しがたい状況にあり、長岡技術科学大学小島 陽学長補佐をム固相選別情報等を一元的に管理し、主要変動要因を想定して、簡易で精度はじめ、大学、研究所関係者のご指導、自動車メーカー、自動車解体業、シュの高い評価モデルを構築し、競合材料ご助言を得て、早期の目標達成及び実レッダー業界等関連業界にそれらの情について種々比較検討し、各種材料の用化推進に向けて努力していきたい。

報を提供する。
これらの情報をもとに、技術課題を提示することは重要なこと

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JRCM NEWS No.197

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第197号

発 行 2003年 3 月 1 日
発行人 小島 彰
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

内容に関するご意見、ご質問は JRCM 総務企画部までお寄せください。
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