研究開発された技術紹介

メタセラ材料は、複合化する金属粒子の形状と体積率で体積抵抗率が制御できる新規抵抗材料であり、SPS焼結材を用いた小型モデル抵抗器は、従来品と比較して容積1/2、重量1/3、インダクタンス1/20の画期的な特性を示す。このため、業界では本材料の大型抵抗器への適用の要望が強い。本事業ではメタセラ材料のレオロジー特性を利用した新熱間成形加工技術を高度化し、大型部材の製造に適したプロセス技術を開発する。

一軸加圧成形＋無加圧焼結+レオロジー特性を利用した過冷却液体域における熱間成形加工による材料製造プロセス技術
・材料の緻密化
‐密度:98%以上
・大型部材の製造が容易
‐サイズ:最大A5判
・生産性が高い(量産の律速過程を分離)
‐生産能力:約40枚/日

メタセラ材料の過冷却液体域における熱間成形加工プロセス技術を開発
‐ホウケイ酸ガラスをマトリックスとしたメタセラ材料の熱分析による評価を行い、この材料は広い温度範囲にわたり明確な過冷却液体域を示すことを確認した。
‐A5判のメタセラ材料による熱間成形加工を行い、概ね金型内寸法通りに成形された熱間成形加工材の作製に成功した。

メタセラ材料の伝導機構の解明
‐絶縁体(ガラス)中に薄円盤状金属粒子(Ni-Cr合金粒子)が均一に分散した複合材料において、電気伝導モデルの構築及び計算式を確立し、電気伝導がNi-Cr合金粒子接触による導電鎖の形成に由来することを明らかにした。

大型モデル器による性能評価
‐新幹線用接地抵抗器をターゲットに製作した鉄道車両用モデル抵抗器の抵抗値測定、温度上昇試験を行い、仕様を満たすことを確認した。

・メタセラ抵抗体に係わる研究において、2019年に第42回日本金属学会技術開発賞を受賞した。
著者名：勝山浩道、浜野大輝、春井眞二、北川裕之、和久芳春
論文名：電気抵抗率を制御できる新しい抵抗体用複合材料の開発
・メタセラ抵抗体に係わる研究において、2017年にScientific Reportsで論文発表を行った。
著者名：Yoshiharu Waku,Teruyuki Yamashita,Hiroyuki Kitagawa,Masahiro Yoshinobu,Hiromichi Katsuyama,Daiki Hamano,Shinji Harui
論文名：Novel electrical and mechanical characterristics of composites composed of electrically conducting Ni-Cr alloy particles in non-conductig soda-lime glass.

・開発した材料製造プロセス技術による抵抗体を用いることで、電力・鉄道・産業界を対象とした低インダクタンスで小型・軽量の各種抵抗器を製造することができる。
・上記抵抗体技術を用いた面状発熱体(ヒーター)

・標準サイズ(120×120mm)の製造技術を確立し、実用化に近い段階であるが、A5判(210×148mm)の製造条件が確立できていないため、補完研究中である。
・開発した抵抗体を搭載した鉄道用モデル抵抗器の性能評価を完了したため、今後は電力用モデル抵抗器の性能評価を実施する予定である。

・開発した材料製造プロセス技術による抵抗体を用いた場合、従来抵抗器と比較して以下のメリットが期待できる。
容積:1/2、重量:1/3、インダクタンス:1/20
※比較対象とする抵抗器:中性点接地抵抗器(補助回路抵抗器)
定格:66/√3kV、100A、10sec、381Ω

・従来のコイルヒーターに代わる面状均一加熱ができる新しい板状ヒーターとして使用できる。

・A5判の熱間成形加工製造プロセス技術の確立に向けて、製造条件の最適化に関する追加の補完研究中である。
・研究開発終了後は、価格や小型化等の基本的な部分だけではなく、顧客にどのようなメリットが提示できるかを明確にし、他材料との差別化を図りながら展示会や技術発表会、営業活動等を通じて認知度向上を目指す。
・ヒーター業界の企業から、ニクロムヒーターの代替として使用できないかとの打診があり、サンプル提供等を含めて協議中である。

・熱間成形加工条件の適正化
・体積抵抗率のバラツキが基準内の熱間成形加工材を作製し、計画通りの1/4スケール電力用モデル抵抗器の各種性能評価を実施

・工業用及び家電用ヒーター等を製造している企業との連携を模索中