研究内容

車両軽量化のための異種材料接合

摩擦圧接工法を応用したろう付け接合

Friction Brazing
        ボール盤を用いた摩擦圧接ろう付け

異種材料の接合では溶接やろう付けが多く用いられます。この場合，金属を溶融させるため大量の熱エネルギーが必要であり，熱源としての専用装置が必要です。また，接合部の加熱管理によっては接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されることもあります。当研究室では，接合部に円柱状ツールの端面を回転させながら圧着させることにより摩擦熱を発生させ，この熱により接合面に液相を生成させる摩擦圧接ろう付けに取り組んでいます。接合には汎用工作機械を用い大気中で接合を行うことで，低コストでエコな異種材料接合を実現することを目指しています。

亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金の抵抗スポット溶接

自動車の製造工程において，鋼板の接合箇所の半分以上で抵抗スポット溶接が用いられています。溶融亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金板の抵抗スポット溶接では，アルミニウムの高熱伝導・高比熱，また表面の酸化皮膜が溶接の障害になります。また日本の自動車では合金化溶融亜鉛めっき鋼板が一般に用いられており，抵抗スポット溶接の難易度を高めています。当研究室では，接合界面に形成されるFe-Al系金属間化合物の生成挙動から，合金化溶融亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金板の適切な溶接条件の検討を進めています。

高密度エレクトロニクス実装

三次元実装プリント配線板（部品内蔵プリント配線板）

電子機器に用いられるプリント配線板には，表裏に電子部品が実装されます。部品サイズや実装ピッチは年々小さくなっていますが，基板サイズは理論上部品投影面積より小さくなりません。また，部品を限られた面積に配置せざるを得ないことで，配線長が不要に長くなり，伝送損失の問題が無視できなくなります。そこで，実装する電子部品の一部を配線板内部に埋め込む三次元実装が求められています。これについて，エレクトロニクス実装学会の部品内蔵技術委員会と共同で研究を進めています。

有限要素法を用いたプリント配線板内部応力の解析

Substrate defromation
          FEM解析した基板熱変形の一例

上記の三次元実装（部品内蔵）では，プリント配線板の内部に電子部品が埋め込まれます。埋め込まれる電子部品は半導体であればシリコン，受動部品であればセラミック系材料ですので，プリント配線板を構成する材料とは熱膨張係数や弾性率などの物性が大きく異なります。埋め込むのはプリント配線板の積層工程ですので，数100℃の加熱を行います。この温度から室温まで冷却する過程で，物性差による熱残留応力やひずみが発生します。これらは，内蔵された部品と配線板との接続部に作用し，電気的接続の信頼性を損なう可能性があります。これを未然に防ぐには，設計段階で熱残留応力や熱変形挙動をシミュレーションすることが有効です。当研究室では，有限要素法により部品内蔵プリント配線板に発生する熱残留応力や熱変形挙動を解析し，配線板設計に役立てることを目指しています。

プリント配線板最終表面処理無電解Ni/Auめっきのはんだ実装性

プリント配線板の表面に配置された電極は，最終表面処理として無電解Auめっきが施されることが多くあります。配線板電極はCuですが，AuとCuは相互拡散係数が大きいため，はんだ実装時にAuがCu内に容易に拡散します。これを防ぐため，CuとAuの間に無電解Niめっき層を設けることが一般的です。Auはイオン化傾向に基づく置換反応によりNi表面に析出しますが，ある条件下では，Niの局所的な溶解反応が起き（いわゆるブラックパッド），はんだ実装の信頼性に影響を与えます。当研究室ではNiめっき層の析出内部応力に着目し，内部応力がNi局所溶解に与える影響について明らかにしました。（2011 - 2013年度実施）

切削機構に関する基礎研究

金属切削に｢切りくず定数｣を導入した切削機構

           切削機構に関する各因子

金属の2次元切削を行うと工具や被削材内部には種々の向きに力が働きます．これらの切削機構因子は被削材の種類や工具形状，切削条件によって変化すると共に，切削条件のみから計算で求めるのは困難な現状にあります． そこで多数の金属材料を数多くの実験条件で切削し，切削条件と実験結果の関係を検討したところ，切削抵抗主分力と切りくず厚さについては材料毎にほぼ比例関係として整理できることを見いだしました．この単位切りくず断面積あたりの主分力の大きさを｢切りくず定数｣として提案しています．｢切りくず定数｣が既知であれば，切削後の切りくず厚さの測定のみによって切削抵抗主分力は簡単に計算でき，背分力は｢切りくず係数｣と平均せん断応力を用いた関係から計算できます．主として鉄鋼材料とアルミニウムについて確認を行っていますが他の材料にいても適応を検討しています． 。

やすりの切削機構

やすりは重要なハンドツールですが，手工具であるがゆえにその切削性や工具寿命などはあまり明らかではありません．そこで，やすり作業を再現したやすり自動切削試験装置を構築し，ストローク回数の増加に対する切削抵抗の変化や除去される被削材の長さ，やすりの切れ刃の損耗の進行状況などを継続的に観察と測定を行っています． やすりは一般の工作機械と異なり強制切り込みではありません．実験ではストローク回数の増加に伴って切り込み量は減少しそれにより切削抵抗も減少することが計測され，逆に単位除去体積あたりの全切削エネルギーは増加していました．同時に切れ刃の損耗も増加していますから，普段経験することを機械的に再現していることを確認する共に，実験結果を基に工学的な解析を進めている最中です．