研究開発された技術紹介

航空機及び自動車産業の課題である構造パネル等の軽量高強度に対し、炭素繊維強化複合材料製品が採用されている。この材料に対する低コスト、高精度の切断・穴あけ加工、溶接技術は開発途上である。そこで、超短パルスレーザ及び高出力ファイバーレーザを利用し、開先加工、トリミング加工、穴あけ、モザイク継手の溶接技術等の精密加工を達成し、製品となる3次元部材への加工を実現するための加工治具とその制御システムを開発する

超短パルスレーザと高出力ファイバーレーザを利用したCFRP加工法の確立
・複雑形状の開先加工に係る切断幅→0.1mm以下
・レーザ切断速度→　５m/min以上(板厚:３.0mmに対して)　、高速スキャナーを用いて可能・切断加工精度→±0.01mm以内
(新技術)
＜高出力シングルモードファイバーレーザと高速スキャナーを活用した新レーザ加工法＞
特徴
・光学系の摩耗がなく、高精度を保持
・フレキシブルな加工が可能
・突合せ溶接が可能
・加工速度高速化によりコスト低減

CFRP部材の開先加工において、切断幅0.06mm、レーザ切断速度2m/min、切断加工精度±0.01mmを達成
・3次元駆動治具により、10mm以上の厚板の開先加工、微細切断(トリミング)及び穴あけ技術を開発
・加工速度向上のため、レーザアブレーション加工を研究し、さらにレーザ加工時に発生するプラズマの除去について検討
・複雑形状の開先加工に係る切断幅は0.06mmに、レーザ切断速度は2m/minに、切断加工精度は±0.01mmとなり、目標を達成
CFRP部材を溶接し、溶接継手の強度向上を実現
・CFRP材料同士のレーザ溶接としてモザイク状突合せ継手を開発した
・CFRP平板モザイク溶接継手の引張試験を行い、モザイク継手形状との関係を調べた。その結果、モザイク継手形状の改良により最大荷重が上昇することを確認
・選定された形状を持つCFRPモザイク継手+合わせ板試験片の引張強度を測定。母材強度比80%を達成
CFRP部材のレーザ加工法による製品製作を実施
・ホットプレス装置を使用し、リチウム電池ケースを製作
・レーザを用いて切断、穴あけ加工することにより、所定の形状に加工できた
航空機スキンパネルの窓のレーザトリミング加工
～航空機用大型パネルの穴加工を実施。加工面粗度、精度、欠陥等を機械加工と比較し、精密加工にはレーザ加工が優位であることを確認～

・新聞:中日新聞(H23.10.19)、中部経済新聞(H23.7.21、H24.10.24)など
・受賞:東海地区信用金庫金庫協会ビジネスフェア最優秀賞
・特許:「繊維強化複合材料のレーザ加工方法」(特許第4734437)、「繊維強化複合材料のレーザ溶接方法」(特願2010-210422)など

自動車の外販パネルのレーザ加工が高速スキャナー（毎秒１４ｍ）を用いることで、熱影響部の幅を約５０ミクロンにしてトリミングなどが可能になった。板厚も４．０ｍｍくらいのものを毎分約５ｍで切断できる技術が開発できた。レーザ切断を利用したモザイク突合せ継手も接合強度４００ＭＰaで可能である。将来のＥＶ車の軽量化に大きく貢献できると思われる。

・実用化に成功、H25年度の事業化見込み
・サンプル材料を提供することで、レーザ加工受託可能(有償)

・軽量化→従来の金属製のものに比べ、その重量を2分の1～4分の1に軽量化可能
・精度向上→従来のダイヤモンド工具による加工やウオータージェット切断に比べ、高い加工精度を実現
・歩留まり向上→レーザのスポット径は約30～45ミクロンと微細であり、かつ加工溝幅が約50ミクロンと狭いため、歩留まりの向上　　に寄与
さらに、企業化の研究を進めた結果、　３ｍｍ厚さのＣＦＲＰ部材を　５ｍ/min以上の高速で切断が可能なった。　

高速加工を実現するための改良・詳細検討を実施、Ｒ２年度にCFRP加工用レーザ加工装置の第1号機を市販する予定
・CFRPのレーザ加工(レーザトリミング、レーザ穴あけ、モザイク継手のレーザ開先加工など)に成功したが、厚板部材についての加工速度をさらに実用的にするため、改良を検討中
・現在、試作品の一部の性能試験を実施するとともに、高速加工を実現するための解決策としてレーザ装置の高出力化、加工光学系の詳細検討を実施中
・現在、CFRP加工用レーザ加工装置の試作を進めており、Ｒ２年度に第1号機を市販する　予定

事業化はまず自動車産業や機械産業用のＣＦＲＰ部材（板厚５ｍｍ以下）の切断、トリミング用のレーザ加工装置の市販を予定。Ｒ２年度内に１号機を市販したい。、

事業化に向けて、ファイバーレーザメーカーや３Ｄデジタルスキャナーメーカーなどと連携して、装置化を早急に進める予定である。