| 研究課題/領域番号 |
23K03602
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
立野 大地 金沢大学, 設計製造技術研究所, 准教授 (30714159)
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| 研究分担者 |
米山 猛 金沢大学, 理工研究域, 特任教授 (30175020)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 熱可塑性CFRP / ネジ / 連続繊維 / プレス / 鍛造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，連続繊維熱可塑性CFRPを用いて適材適所に繊維を配置する成形法を開発してネジを試作し，成形実験を通して繊維の変形メカニズム，成形条件の関わりを解明する．また試作したネジの性能評価を行う．これにより軽量で高強度な熱可塑性CFRPボルトの製造にむけた知見を構築する．
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| 研究実績の概要 |
2023年度はネジ成形の基本プロセスを構築し，連続繊維を用いたネジ成形が可能であることを示した．成形に用いる素材として，軸方向に繊維がそろった中空のビレットを製作した．そのための金型やプロセスも構築した．直径の大きい中空ビレットに，直径の小さい中空ビレットを挿入し，これらをネジ成形金型に設置し，中心にシリコーンゴムロッドを挿入する．金型を母材樹脂の融点以上に加熱し，外側のビレットを軸方向に圧縮する．これにより金型内面に刻まれているネジ部に樹脂と繊維が流入する．つぎに中心のシリコーンゴムロッドを軸方向に圧縮することでビレットに内圧を与え，層間および繊維と樹脂との密着を高める．内圧を保持したまま金型を冷却し，樹脂を固化させ，金型を分解してネジを取り出す．
成形したネジはM48ピッチ5とピッチ1.5の2種類である．M48ピッチ5のネジでは上記方法でネジ山先端まで樹脂と繊維とが充填した成形をすることができることを確かめた．一方でM48ピッチ1.5のネジでは，樹脂だけがネジ山に流入して繊維が充填していなかった．これは樹脂の粘度が低すぎて圧縮を受けたときに繊維の間から抜けていったためだと考えられた．このため成形時の樹脂の粘度の適正化が重要であると考え，樹脂の溶融粘度測定結果を参考にして，成形温度を樹脂の融点よりやや高い程度とした．結果としてネジ山先端まで繊維が充填したネジを得ることができ，粘度をあげたことで樹脂とともに繊維が移動したことが示された．
以上のように，ネジ成形の基本プロセスを構築し，適切な成形温度に関しての知見を得た．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
連続繊維熱可塑性CFRPを用いてネジを成形する基本プロセスを構築した．一方向繊維ビレットの製作も独自に金型を設計製作して行った．ネジ成形は当初の計画通り，ビレットの軸方向圧縮と内圧付与により，ボイドの少ないネジを得ることができた．
また，ピッチの細かいネジに対しては繊維が充填しにくいことが明らかになった．その原因として樹脂の粘度に着目し，成形温度をあえて低い温度にして樹脂の粘度を高くすることで，繊維と樹脂が一体となって流動することを確かめた．このように成形温度条件についての知見を得た．
以上の理由から本研究は順調に進展していると評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の方針として，第一に，ネジの強度を明らかにすることが挙げられる．ネジの基本特性の一つとして，ネジ山のせん断強度を評価する．そのための治工具を設計製作し，研究室所有の万能試験機にて評価を行う．その評価結果をもとに，ビレット内の繊維配向設計などを見直し，ネジ山強度についての知見を得る．
第二に，ネジ山内の繊維配向を明らかにする．基本的な考えとして，ネジ山に沿った繊維を得ることが重要だと考えているが，内部の断面観察や3次元CT計測などを通して，どのように繊維が入っているかを明らかにする．その結果を踏まえて，ビレット形状や圧縮量の設計に反映させ，ネジ成形中の変形についての知見を得る．
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