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材料製造プロセス

新素材傾斜材料を用いた耐エロージョン性強化超音波ホモジナイザー

千葉県

三井電機精機株式会社

2020年4月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 新素材傾斜材料による汚染のない超音波ホモジナイザーの開発
基盤技術分野 材料製造プロセス
対象となる産業分野 医療・健康・介護、航空・宇宙、自動車、電池、印刷・情報記録、化学品製造
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)、高性能化(信頼性・安全性向上)
キーワード 粒子分散、解砕、超音波ホモジナイザー
事業化状況 実用化に成功し事業化間近
事業実施年度 平成26年度~平成28年度

プロジェクトの詳細

事業概要

医薬、製薬、バイオ、化粧品産業で使用される乳化分散機器の一つである超音波ホモジナイザーについて、乳化分散処理時に発生する先端工具の磨耗現象を抑制するため、特許技術「金属-セラミック傾斜材料」により、先端工具材料の製作条件を最適化した。あわせて、乳化分散時の先端工具近傍における液体の流動特性を把握、生産装置構造に反映することにより、試料の汚染が限りなくゼロとなる超音波ホモジナイザーを開発した。

開発した技術のポイント

製造条件の最適化を図り、「材料」面から耐エロージョン性の高度化を目指し、生産スケールに見合った先端工具の大型化を図り、生産装置の構造について最適化を図ることで、「流体」面からも耐エロージョン性を向上させる
(新技術)
使用材料(金属、セラミック)の種類や配合割合、焼結条件等を自由に設計し、材料開発ができるという本技術の特徴を活かす
(新技術の特徴)
製造条件の最適化を図り、「材料」面から耐エロージョン性の高度化を達成する

具体的な成果
開発品の性能

・従来のチタン合金に比べて、大きく耐エロージョン性が改善される傾斜焼結材料を得た
・パルス通電加圧焼結装置による傾斜焼結材料の製造方法および焼結材料から先端工具への加工工程を確立した
・レーザドップラ変位計による共振時の変位(振幅)をモーダル解析することで、工具としての設計手法を確立した
・キャビテーション気泡核の供給や滞留の制御による先端工具の損傷軽減の可能性までを確認し、超音波キャビテーションの数値解析手法を得たことで、今後の装置高度化に向けて従来にない視点からの検討が可能となった
・展示会出展(11回)、外部発表(7回)など、事業化に向けた情報収集・提供活動を実施した。また、交流のあったユーザー候補企業をはじめ、川下ユーザーでの試作品評価に向けた活動を行った

知財出願や広報活動等の状況

PCT出願を実施、また国内特許申請及び審査請求中。

研究開発成果の利用シーン
キャビテーションの原理と衝撃力

・新素材傾斜材料を用いた超音波ホモジナイザー
‐医療・福祉産業では注射液や乳化物の生成、製薬産業では蛋白質の抽出や菌体破砕、化粧品・健康食品産業では分散・抽出などに適用
・超音波ホモジナイザー用の先端工具

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細
研究成果に基づく製品ラインナップ

昨年度に事業化を実施しサンプル出荷及び製品出荷を実現したが、一部製品の性能に欠陥が見つかり、現在、改良に向け新たに専門家派遣事業により技術専門家の指導を受け、2020年度を目処に改良を進める予定である。

提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造

製品・サービスのPRポイント

・ユーザーが求める「汚染≒ゼロ」を実現
・「材料」面から耐エロージョン性の高度化
・生産スケールに見合った先端工具の大型化
・高振幅用ホーンへの高耐久先端工具の適用

今後の実用化・事業化の見通し

・各寸法の傾斜材料先端工具を用いた超音波ホモジナイザーの事業化に関して、以下の成果を得た
・φ20mm:従来よりも大きく品質向上した先端工具を開発し、またその生産工程を確立したことにより、φ20mm超音波ホモジナイザーでのH29年4月からの事業化体制が整った
・φ36mm:従来φ20mm先端工具相当の耐エロージョン性が得られ、大型化に際する課題を確認した

実用化・事業化にあたっての課題

振動工学的に工具の振動状況の原理や測定が必要で、現在専門家による技術指導を受けている。

事業化に向けた提携や連携の希望

開発した技術をさらに応用する為、現在外部に委託している部品の内製化の必要性があり、基本となるPZT分野の知見を持つ大学や専門家の技術指導を今後希望する。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 三井電気精機株式会社
事業管理機関 公益財団法人千葉県産業振興センター
研究等実施機関 株式会社シンターランド
千葉県産業支援技術研究所
国立大学法人茨城大学
アドバイザー 東京理科大学
株式会社ファンケル

サポイン事業者 企業情報

企業名 三井電機精機株式会社(法人番号:6040001071543)
事業内容 理化学機器等の開発・製造・販売
社員数 19 名
本社所在地 〒278-0015 千葉県野田市西三ヶ尾233-10
ホームページ http://www.mitsuiec.co.jp/page7
連絡先窓口 三井保宏
メールアドレス yasuhiro.mitsui@mitsuiec.co.jp
電話番号 04-7125-5761