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接合・実装

金属ガラスと結晶金属の異材溶接技術の開発により、ディーゼルエンジンの燃費向上を実現!

福岡県

株式会社黒木工業所

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 革新的燃料噴射技術を実現するための金属ガラスと結晶金属の複合化溶接技術の研究
基盤技術分野 接合・実装
対象となる産業分野 航空・宇宙、自動車、産業機械
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)、環境配慮
キーワード 溶接、異材、金属ガラス、ノズル、接合
事業化状況 研究実施中
事業実施年度 平成22年度~平成24年度

プロジェクトの詳細

事業概要

ディーゼルエンジンの完全燃焼を促すシステム、高圧型コモンレールのインジェクションノズルにおいて、ニードルバルブとノズル先端部の接触部の損耗によるシール性の低下により燃料漏れが発生し、本来の低燃費走行に弊害をきたしている。そこで、ニードルバルブ先端部に弾性変形しやすく高強度な金属ガラスを溶接する技術を確立することにより、シール性を容易に確保でき、燃費の向上につながる革新的燃料噴射技術の確立を目指す

開発した技術のポイント

金属ガラスと結晶金属の溶接技術を確立し、シール性の確保が容易なインジェクションノズルを開発する
(新技術)
ニードルバルブ先端部に、弾性変形しやすく高強度な金属ガラスを溶接することで、シール性を維持する
(新技術の特徴)
・ニードルバルブのシール性が容易に確保される
・燃料漏れが発生しない

具体的な成果

・溶接時に欠陥を生じにくい金属ガラスの製造方法を確立
‐レーザー溶接に供する金属ガラス製造方法を開発し、欠陥のない金属ガラスを作製した
・溶接方法と条件を探索し、金属ガラスと結晶金属の異素材間で一定の継手強度を達成
‐板状の金属ガラスと結晶金属(SKH51)との溶接では、目標値の153%の継手強度を達成した(ただし、重ね溶接は現時点では難しい)
・溶接欠陥の品質評価、接合評価技術の開発
‐品質評価方法の予備的研究を実施、目標値である降伏強度以上の接合強度を達成した
・高圧シール性試験方法の確立
─金属ガラスはSKHと比較してシール性に優れていることを確認した

知財出願や広報活動等の状況

国内外で特許を取得

中小機構J-GoodTechへ掲載

研究開発成果の利用シーン

サポイン事業を通じて開発した金属ガラス・結晶金属の複合化溶接技術の確立を通じた、燃費向上に資するディーゼルエンジンの部材
(将来的には結晶金属と金属ガラスとの接合技術を開発し、一般産業機器など他分野へ展開が可能)

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

試験片のN数がまだ十分とは言えないため補完研究として追加試験を行い、統計的なデータを出す派生技術として、金属ガラスの供給元より、メガネフレームに使用する部材として金属ガラスと結晶金属(チタン)の溶接を依頼されたため、この研究にも取り込んでいる

提携可能な製品・サービス内容

共同研究・共同開発、技術ライセンス

製品・サービスのPRポイント

ディーゼルエンジンの部材提供により自動車産業での燃費向上に貢献
・ゴムのような特性を持つ金属ガラスを、高いシール性の要求されるニードルバルブ先端部に適用可能にしたことによって、欠陥のない高品質な金属ガラスの製造方法を確立した
・シール性の向上により、燃費向上へと寄与することが可能である金属ガラスを必要な部分にだけ適用できることにより、コスト削減へ寄与
・高強度、弾性変形が容易、高耐食性、高転写性など特異な特性を持った金属ガラスを必要な個所だけに適用が可能である
・高価ではあるが、転写性の優れた金属ガラスを射出成型し、先端部の加工がほぼ不要の状態として適用することで、コストを抑えることが可能である世界初の接合技術の開発
・金属ガラスと結晶金属を溶接によって接合することに、世界で初めて成功した
・将来的には、接合技術を活用した別製品への展開が期待される

今後の実用化・事業化の見通し

・クリーンディーゼルが国内で普及し始めたことで、コモンレールの高性能化が求められる
・溶接試験結果は良好だが、データの統計的な検討、疲労特性など、インジェクションノズルの構造材料として必要な基礎データはまだ充分といえないため、さらに基礎研究を進める予定である
・インジェクションノズル以外にも、メガネフレームや補修溶接などの派生技術での共同開発が進行中であるため、こちらについても事業化に向けた取り組みを行うことを予定している

実用化・事業化にあたっての課題

素材の入手が困難になった。

プロジェクトの実施体制

主たる研究等実施機関 株式会社黒木工業所
事業管理機関 一般財団法人九州オープンイノベーションセンター
研究等実施機関 株式会社黒木工業所技術研究所
国立大学法人熊本大学
ボッシュ株式会社

主たる研究等実施機関 企業情報

企業名 株式会社黒木工業所(法人番号:9290801009905)
事業内容 産業機械部品の溶接補修、現場出張工事、機械加工、表面改質、電子ビーム溶接、試験片加工
社員数 102 名
生産拠点 福岡県鞍手郡鞍手町
本社所在地 〒806-0012 福岡県北九州市八幡西区陣山3丁目4号20号
ホームページ https://www.kuroki.co.jp/
連絡先窓口 技術研究所
メールアドレス sawai@kuroki.co.jp
電話番号 0949-43-5050