研究開発された技術紹介

本研究では、チタン材の塑性加工に向けて、油膜切れに強い表面状態の金型を提供することを目的とした。具体的には、ショットブラスト・窒化・被覆処理の表面処理を全て一社で管理・実施し、それら表面処理を適切に連係させ、さらにチタン材に最適化させることである。

次の3点の研究を行った。
・ショットブラスト条件の最適化
・窒化設備の導入および窒化条件の最適化
・潤滑性に優れた硬質膜の開発

・ショットブラストによるディンプル形成にて、潤滑切れが軽減され、凝着規模が安定した。また、膜の密着性を維持できる粗さには閾値があるとわかった。
・電子ビーム励起プラズマ(EBEP)源を使った窒化装置を開発し、窒素化合物を形成させない窒化処理が可能となった。ショットブラストと窒化処理は互いに干渉せず、各々が硬質膜の密着性や耐久性を向上させる。
・チタン材に対して最も高い滑り性を示す硬質膜はTiCrCで、ショットブラストと窒化を連係させることで、1ショットで凝着していた金型が約50ショットまで使えるようになった。

ショットブラスト・窒化・TiCrC膜を連係させた金型を使った試打ち試験を行った結果、通常は1ショットで凝着するところ、50ショット加工しても凝着はほとんど進行しなかった。また、製品に付着する摩耗粉も細かすぎて見えなかった。これらの結果から、ショットブラスト、窒化、硬質膜の連係によって潤滑切れが解消され、シビア摩耗からマイルド摩耗へと移行したとわかった。マイルド摩耗の状態で50ショットの絞り加工ができたことは、その後も安定して加工できる見通しである。目標であった、1,000ショットの加工も可能と予想される。

新規開発した硬質膜について、特許を出願した。(出願番号:特願2024-42737)

エンドユーザーはチタン製電池缶ケースの需要を、5年後は年間約5万ヶ、10年後は年間約30万ヶと見込んでいる。エンドユーザーは、本事業終了後に電池缶ケースのシェアの7割獲得を目指しており当社は5年後に年間約4万ヶ、10年後に約21万ヶの量産を目指し、金型販売を進める予定である。

エンドユーザーはチタン製電池缶ケースの深絞り１ラインを10工程と見込んでおり、必要な金型一式は約600万円と予想している。さらに、硬質膜の再被覆処理も行い、金型一式で約120万円と見込まれる。令和６年度～８年度は順送プレスでの量産体制を整えるため、加工油の選定と硬質膜の改良を進める予定である。令和９年度は金型一式と再被覆処理２回程度の販売で約840万円の売上を目指す。令和10年度は年間約４万ヶの電池缶ケースを製造するため、予備金型一式と再被覆処理を追加し計1,680万円の売上を目指す。

本事業によって開発された表面処理技術は、チタン材に適したショットブラスト、窒化処理、硬質膜を連係させることで、チタン材の凝着を大幅に低減できる。これにより、高品質のチタン製電池缶ケースを安定的かつ大量に生産することが可能となる。この技術は、急速に拡大する宇宙産業において、小型衛星の打ち上げコスト削減に大きく貢献するものである。

宇宙産業の国際市場は2019年には約40兆円の規模となり、2040年には100兆円以上に達すると予測されている。今後の成長幅の大きい分野である。その背景から、エンドユーザーはチタン製電池缶ケースの需要を、5年後は年間約5万ヶ、10年後は年間約30万ヶと見込んでいる。本事業で開発した表面処理技術を用いることで、この需要に応えることができる。さらに、この技術はチタン材のプレス加工に広く応用可能であり、今後、チタン材の利用拡大が見込まれる航空機産業や医療機器産業などにも展開できる可能性がある。エンドユーザーは深絞りライン(1ラインあたり10工程)に必要な金型一式の費用を約600万円、さらに硬化膜の再皮膜処理にも行い、金型一式の費用を120万円と見込んでいる。

エンドユーザーがチタン製電池缶ケースの量産ラインを構築する段階から協力し、試打ち時に不具合があれば対処できるよう、チタン用金型の販売対応係を立ち上げる必要がある。また、チタン用の金型としてその耐久性の高さを当社ホームページやパンフレットに記載し、展示会にも出展して販促を進める必要がある。