高付加価値設計・製造を実現する
レーザーコーティング技術の研究開発
研究テーマ責任者：大阪大学 塚本雅裕
参画機関：
委託先：大阪大学接合科学研究所, 日本原子力研究開発機構
共同実施先：石川県工業試験場、大阪富士工業(株)、(株)村谷機械製作所、山陽特殊製鋼(株)古河電気工業(株)SIP革新的設計生産技術
公開シンポジウム2017―革新的ものづくりの実現をめざして―
フクラシア品川クリスタルスクエア
2017年11月13日（月）10:25－10:40

革新的設計生産技術における位置づけ
多様なニーズに応じた設計に対応できる、複雑な形状や、多様な材料を用いて従来にない機能を実現する生産技術が重要
3D造形技術製品機能性

ナノ修飾材料

傾斜材料・異方性材料

高付加価値品

実用品

超マイクロ造形
チタン
合金 超耐熱合金

スーパ
エンプラ

ソフト
マター系
ゲル、
ラバー

生体医療・航空機

生体医療・航空機・
介護ロボット・スポーツ

模型(ﾓｯｸｱｯﾌﾟ)

機能性付加技術

高精度造形・
直接造形

超低密度
高強度
セラミックス

表面処理
セラミックスコーティング、金属コーティング等

レーザーコーティングPJ
異種材料の分子接合

今後期待される技術領域(SIPの技術開発領域)

生体・航空機(鋳型)・フィルタ

従来の技術領域
金属樹脂・高分子材料

セラミック
1高付加価値設計・製造を実現する
レーザーコーティング技術の研究開発

ALCTION D

レーザークラッディング（肉盛溶接）技術の高度化
レーザーコーティング技術へ
レーザー
大阪大学接合科学研究所
粉末の供給

日本原子力研究開発機構【共同実施】

溶融池
凝固領域

ｚ

異材接合領域 (合金層)
熱影響部

大阪富士工業

村谷機械製作所

石川県工業試験場

母材
山陽特殊製鋼古河電気工業【技術協力】

技術開発課題・溶融池安定化技術
・凝固速度制御技術
・熱影響部極小化技術
・異材接合領域極小化技術
・粉末供給制御技術
・粉末材料制御技術開発 etc.

レーザーによる入熱制御技術（時間的・空間的波形制御技術）

島津製作所【ユーザー連携】
日亜化学工業
ヤマザキマザック

富士高周波工業

片岡製作所

大阪大学光科学センター

目次

１．背景
２．目標
３．実施内容のアピールポイント
４．研究開発成果
５．社会実装に向けての提案
６．まとめ

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研究背景
【背景(課題)】• 高付加価値製品を創出可能な三次元造形技術• ・「難加工材」。これまでにない高強度化、長寿命化、軽量化、低コスト化、高機能化等 の高付加価値を生み出す生産・製造技術等の高度化• イノベーションスタイルの実証・実践研究開発成果を使用した企業や個人ユーザーの意見を得て新たな問題点を洗い出し、研究開発に迅速に フィードバックする、一連の試行錯誤を繰り返す仕組み
高機能化のための「難加工材」のコーティングレーザーによる「難加工材」のコーティングを実現することにより、高強度化、長寿命化、軽量化、低コスト化といったユーザーニーズに応えるものづくりに大きく貢献する。

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目 標
高付加価値設計・製造を実現するレーザーコーティング技術の研究開発
開発項目① 入熱制御技術の開発（担当：日本原子力機構、大阪大学接合研、石川工試、山陽特殊製鋼、古河電工）② モルテンプール型レーザーコーティング技術の研究開発（担当：大阪富士工業、大阪大学接合研、日本原子力機構）③ 非モルテンプール型レーザーコーティング技術の研究開発（担当：村谷機械、石川工試、大阪大学接合研、日本原子力機構）
研究開発項目
最終目標
ベンチマークならびに目標理由
目的を実現するためにSIPプロジェクト期間内で達成する具体的• レーザーコーティングの各種金属の基礎デー
目標について記述
タベースの構築①入熱制御技術の開発• マルチカラーレーザーコーティング技術の開発（+α 分）

・レーザーコーティングのシミュレーション、SPring-8による高輝度放射光による解析、実践評価システムによるコーティン
グ現象の解明を基に、世界初のレーザーコーティング技術を開発し、産業応用するため。

②モルテンプール型
レーザーコーティング• 連続コーティングにおける母材温度変化が及ぼす影響の解明と長時間のレーザーコー
ティング膜質安定化を可能とするフィードバッ
ク制御に必要な安定化因子の特定・従来技術と比較するためにユーザー目線の実証試験を行い、レーザーコーティングの優位性を明らかにするため。
・世界最高品質のレーザーコーティング技術を開発するため。

③非モルテンプール型
レーザーコーティング• 最小コーティング幅が0.3mm以下、最小厚さ0.1mm以下を実現するレーザーコー
ティング装置の開発

・世界最高レベル以上のレーザーコーティング精度を達成するレーザーコーティング装置を開発するため。

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アウトプットに対するベンチマーク①
直噴型レーザーコーティングヘッド
テーマ実施代替Ａ

直噴型レーザーコーティングヘッド

A社製 LMDヘッド（同軸タイプ）

最小噴流径

φ0.5mm以下

φ0.6mm以上

噴流集束長(コア長)

5mm以上

1mm以下

最小レーザー集光径

φ0.28mm

φ0.3mm以上

施工可能姿勢

垂直方向から水平方向まで自在

垂直のみ

重量1kg

10kg

価格

2,000千円

6,000千円

汎用性

3Dコーティング可能

2Dコーティングのみ

ＰＲポイント・粉末噴流径が細く，その集束長さ(コア長)が長いため，精密で微細なコーティングが可能
・軽量でコーティング姿勢に制限がなく，工作機械やロボットと組み合わせての利用が可能
・低価格
マルチビーム式コーティングヘッド 粉末噴流の集束を実現

具体的成果、テストユース

6製品化に繋げる。

社会実装に向けてレーザーコーティングの研究開発により従来法(例えばPTA法)では、施工が困難であった製品に(材質的・形状的)機能性表面改質技術の適用が検討され、優位性についても検証が進んでいる。レーザー
コーティング技術の研究開発の内容を各種展示会・学会発表にて幅広くPRする事により、さらなるテストユースの増加と各種蓄積されたデーターにより、各テストユース先の企業での製品化に繋げる。

レーザーコーティング技術は、従来法(PTA)との比較にて(材質的・形状的)機能性表面改質の優位性・適用が確立され、大阪大学接合科学研究所・石川県工業試験場にてテストユースを提供して課題を抽出し、研究開発にフィードバックされている。そのため、継続的に製品化及び事業化に向けた開発は体制が確立されている
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社会実装に向けて◇普及活動における装置デモ普及活動において、ポスター展示、成果発表だけでは、次のステップに進まない。
原因： ユーザー側の誤解や偏見が生じやすい
出張成果発表

成果の普及のために、レーザーコーティングの原理・現象の解明や応用展開とシーズの提供

出張コーティングデモ

••実演によって、開発した技術の理解が深まる
ユーザー側のニーズの発掘

コーティング装置の演習（使い方およびテストユース作製）•••

ユーザーに応じた加工相談
装置使用に関する講習
事例等の開示テストユース依頼 ・ 装置の購入依頼 ⇒ 製品化・実用化へ加速
9技術協力企業：
ヤマザキマザック⇒ 耐久性評価
ユーザー連携企業：
ヤマザキマザック⇒ 製品化

当研究所加工プロセス学分野の塚本雅裕准教授が研究開発責任者を務める内閣府戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）革新的設計生産技術「高付加価値設計・製造を実現するレーザーコーティング技術の研究開発」の成果の一部(マルチレーザー加工ヘッド)を工作機械に搭載。第28回日本国際工作機械見本市 (JIMTOF 2016, Nov. 17 － 22, TOKYOBIG SIGHT, JAPAN)

マルチレーザー加工ヘッド

国際金属加工見本市出展（ドイツ、ハノーバー）
国際金属加工見本市出展（ドイツ、ハノーバー）

EMO Hannover 2017（2017年9月18日ー23日）「マルチビーム式レーザーコーティングヘッド」搭載
複合加工機を世界に向けて販売

マルチビーム式レーザーコーティングヘッド【機能性付加】高付加価値レーザーコーティング

社会実装に向けてレーザー波長と吸収率

まとめ
高強度化・長寿命化・軽量化・低コスト化に必要な高機能・高品質を実現するレーザーコーティング技術の開発～ユーザ連携企業・技術協力企業との研究開発～◇マルチビーム加工ヘッド

2016年11月
国際工作機械見本市JIMTOF2017（日本）に出展

技術協力企業・ユーザー連携企業にて性能・耐久性テスト
装置・技術の開発
プレスリリース・特許取得・イノベーションスタイル

日本で出展

世界へ向けてヤマザキマザック社のハイブリッド加工機で製品化を実証

2017年9月
国際金属加工見本市
EMO Hannover（ドイツ）に出展～SIP内での装置等の実用化進捗状況～
開発成果

SIPレーザーコーティングPJ 普及活動

事業化に向けた取り組み• 5軸レーザーコーティング装置• モルテンプール型レーザーコーティング技術• SPLICEコードのシミュレーション技術 等• 展示会出展 計14回
• 研究会主催 計10回
• 学会・論文等での発表（100件以上）• ユーザー連携企業・技術協力企
業、共同研究企業などを通じて、課題等のヒアリングを行い、開発にフィードバック

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