2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K04191
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
立野 大地 金沢大学, 設計製造技術研究所, 助教 (30714159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米山 猛 金沢大学, 設計製造技術研究所, 研究協力員 (30175020)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | CFRTP / 歯車 / 鍛造 / 不連続繊維 / 炭素繊維強化熱可塑性樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は不連続炭素繊維強化熱可塑性樹脂(不連続CFRTP)で製作したビレットを用いて鍛造成形法により高い強度の歯車を成形する方法を開発することである．
研究期間全体での主な成果は第一に，繊維を切らずに歯車を成形するプロセスを開発したことである．平歯車を成形対象として，素形材として円柱状のCFRTPビレットを製作した．このビレットを歯車成形金型内で加熱してプレス機で上下に圧縮することで直径を拡大させ，金型内の歯型に充填させるプロセスを開発した．第二の成果として，ビレットの外周に一方向繊維CFRTPシートを軸方向と円周方向に交互に積層することで，歯に沿って厚さ1mmの繊維層を形成し，歯の剛性および最大曲げ応力のばらつきを低減する効果を明らかにした．
最終年度では歯車表面の耐摩耗性の向上を目指した成形を試みた．円柱ビレットの周囲に耐摩耗性素材をPA6に分散させたフィルムを巻き付け，金型内で加熱，圧縮する．この過程でビレット径の拡大とともに耐摩耗性フィルムを歯型に押し付け，歯車表面に耐摩耗性の層を形成しようとした．成形した歯車表面は耐摩耗性素材で覆われていることを確認した．しかしながら歯の内部組織を観察すると，耐摩耗性素材の層の厚みが，歯の谷では薄く，歯の山に過剰に充填しており，炭素繊維は歯の山の高さの半分程度までしか炭充填していないことが明らかになった．耐摩耗性の評価は未実施であるが，耐摩耗性と曲げ強度を両立するには，歯の表面に均一な厚さで耐摩耗性素材層が形成され，そのさらに内部は炭素繊維層が十分な厚さで形成されている必要があると考えられる．耐摩耗性層の適切な付与方法は今後の課題である．
総じて，本研究では新たなCFRTP歯車成形法を開発し，ビレットの変形挙動を明らかにしたうえでビレット設計法を明らかにすることができ，CFRTPの応用拡大にとって有益な知見を得たものと考える．
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