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表面処理

燃費の低減に貢献する、自動車用ピストンへのカーボンナノチューブ複合めっきの実現

長野県

力石化工株式会社

2020年3月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 ナノ粒子を用いた高機能複合めっき加工技術の開発
基盤技術分野 表面処理
対象となる産業分野 自動車、工作機械
産業分野でのニーズ対応 高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、環境配慮、低コスト化
事業化状況 研究中止または停滞中
事業実施年度 平成20年度~平成22年度

プロジェクトの詳細

事業概要

めっき皮膜内にカーボンナノチューブ(CNT)を均一に共析させることにより,摺動特性,耐久性等を向上させた高機能めっき技術の開発を行う。この技術を自動車部品のピストン等に応用する事によって軽量化および燃費改善を図り,さらにロボットや機械部品等の摺動部へ展開し,実用化を見込む。また,本研究ではこのCNT複合めっき技術を環境対応型のめっき技術として,クロムめっき代替技術としての展開を目指す

開発した技術のポイント

摩擦係数の低いCNTめっき技術を実用化し、摩擦損失を低減
・CNT複合めっき液の開発:銅めっきについては銅と同等レベル、鉄めっきについては摩擦係数15%低減、ニッケルめっきについては摩擦係数30%低減
・実用スケールでの成膜:膜厚1μm以下の薄膜技術を開発するとともに、膜厚差は1dm2で、中心と端の差を3倍以下に抑える
・実用スケールでのめっき皮膜性能評価:CNT共析量評価技術および、CNT濃度管理技術を確立し、実用化への道筋をつける
(新技術)
<CNTを均一に共析させるめっき皮膜の実現>
摩擦損失が少なく、摺動特性や耐久性、熱特性に優れためっきとして自動車部品をはじめ、様々な部品への展開が期待できる
(新技術の特徴)
・六価クロムフリーのめっきによって、川下企業の求める性能を実現
・自動車のピストン部品として用いる場合には、1%程度の燃費低減に寄与

具体的な成果

・CNT複合鉄めっき液の開発・適切な表面処理方法の確立
‐電流密度、浴温、pH等の条件を変化させて生成した複合めっき皮膜に対して、摺動特性、硬度、クラック、CNT露出本数等を評価した結果、CNTを用いた複合鉄めっきにおいて、複合めっき皮膜表面に一定量以上CNTが露出している場合に摩擦係数が大きく減少し、試験片レベルで最大約70%低減できることを確認した
‐クラックが発生したものの、応力緩和剤および給電位置の最適化によりクラックの発生をなくすことに成功した。また、皮膜表面に生じた凹凸に関しては、有効な光沢剤を適量添加し、最適なめっき条件で処理をすることによって平滑化することに成功した
・実用化スケールにおける成膜技術
‐実用のめっきラインにおけるCNT複合鉄めっき液の建浴方法を確立するとともに、適切な管理方法を構築
‐皮膜の中心部と端部の膜厚差を抑制するため、陽極形状をピストンの形状に合わせて変更。また、エッジ形状のため電流が流れやすく、膜厚の均一化ができない部分は、専用マスクを用いてマスキング対応を行い、膜厚差0.8μm以下を実現
・実用性のあるめっき皮膜性能の確保
‐鉄めっき試験片を用いて摩擦摩耗試験を実施し、CNT複合めっきの場合、CNTレスめっきの場合に比べて摩擦係数約20%低減、めっき皮膜の耐摩耗性約30%向上、相手材であるアルミピンの摩耗量約80%低減を実現
‐自動車用ピストンにCNT複合鉄めっき皮膜を生成の上で浮動ライナー式単気筒エンジン試験評価(フリクション測定)を実施し、約14%のフリクションを低減。1%程度の燃費向上が期待できる

知財出願や広報活動等の状況

・出展:Nanotech2011(H23.2)
・特許:「めっき皮膜アルミニウム製品」(特願2010-100927)

研究開発成果の利用シーン

自動車のピストン部品における鉄めっきとして利用。約1%の燃費向上が期待できる

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

研究中止

製品・サービスのPRポイント

研究中止

今後の実用化・事業化の見通し

研究中止

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 力石化工株式会社
事業管理機関 公益財団法人長野県テクノ財団
研究等実施機関 日精樹脂工業株式会社
アート金属工業株式会社
国立大学法人信州大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 力石化工株式会社(法人番号:4100001011511)
事業内容 金属製品の表面処理
社員数 71 名
生産拠点 所在地と同じ
本社所在地 〒389-0601 長野県埴科郡坂城町大字坂城9338-1
ホームページ http://www.chikaraishi-kako.co.jp
連絡先窓口 第1製造部長 篠原充
メールアドレス mekki@chikaraishi-kako.co.jp
電話番号 0268-82-3072