Research Projects -
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高分子/カーボンの高機能グラデーション層による接着接合継手の耐久性能向上
Grant number：25K17510 2025.04 - 2028.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究
荒川 仁太
Grant amount：\4810000 （ Direct expense: \3700000 、 Indirect expense：\1110000 ）
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Development of innovative multi-material joining technology for CN using mechanical and chemical effects
Grant number：23K03593 2023.04 - 2026.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
曙 紘之, 小川 裕樹, 荒川 仁太
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
抵抗スポット溶接，レーザ溶接，摩擦撹拌接合など各種接合技術は，自動車産業はもちろ
ん，多くの産業分野における重要技術である．中でもカーボンニュートラル達成のためには，異種材料を接合するマルチマテリアル接合が重要技術となる．本研究では，異種材料間にて適用可能である「接着接合」に注目し，元素拡散による化学的効果，ならびにマイクロレーザパターニングを用いた機械的効果双方を援用し，従来の接着接合技術と比較し，革新的な高強度・高耐久性を有するマルチマテリアル接着接合技術を開発することを目的とし，①接着剤との高い密着性を発現する被着材表面創製，②優れた強度・耐久性を有するマルチマテリアル接着接合継手の実現および破壊機構解明を実施する．
令和5年度においては， 元素拡散処理システムの改良および鋼板SPFC590Yを対象とし接着剤塗布面に対し元素拡散処理による元素拡散層の形成，ならびに高密度レーザを用いたマイクロレーザパターニングMLPの形成を実施した．
元素拡散処理システムの改良については，高周波誘導加熱コイル下部にステッピングモーター駆動ステージを取り付けることによりより広範囲への処理が可能となるよう改良を行った．また鋼板表層への表面処理については，クロムCrおよびニッケルNiの2種類の投射材を用いた元素拡散処理を施し，また高密度レーザを用い接着剤塗布面に対しMLPを直線型，波型，格子型に施し，その後の観察および各種分析により，Steel鋼板表層には所望の元素拡散処理およびMLP処理が可能であることを確認した．
翌年以降は，アルミニウム合金板AA5182に対しても同様の元素拡散処理およびMLP処理を施した後，Steel鋼板およびアルミニム合金板それぞれを炭素繊維強化プラスチック
CFRPと接着接合したせん断引張型マルチマテリアル接着接合継手を作製し，その静的強度特性ならびに動的強度特性を実験的に検討する予定である． -
高耐久性能を有する架橋型ガラス繊維複合レーザー溶接継手の開発
Grant number：22K14148 2022.04 - 2025.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究 若手研究
荒川 仁太
Grant amount：\4680000 （ Direct expense: \3600000 、 Indirect expense：\1080000 ）
レーザ溶接継手での疲労強度向上効果に先立ち，摩擦攪拌接合（FSW）継手の疲労強度評価を実施している．同接合は他の接合方法に比べ，添加材が不要であることや異なる材料同士の接合も可能であることなどの多くの利点があり，中でも特性上溶接が難しいアルミニウム合金の接合に適している．そのため，自動車産業などでは，車体の軽量化に向け，アルミニウム合金，そして摩擦攪拌接合のさらなる導入に力を入れている．そこで本研究では，A5052の重ね合わせ摩擦攪拌接合継手の疲労強度評価として，EBSD解析，ビッカース硬さ，静的引張試験，疲労試験，弾塑性解析を行った．ビッカース硬さを調べたところ，フッキング付近から接合部中心にかけて母材に比べてビッカース硬さが低くなっていることがわかった．静的引張試験では，2回のうち，どちらもRS(ツール進行方向と回転方向が逆)側で破断し，破断の仕方も同様だった．フッキング先端ではなく，先端の少し手前から破断していることがわかった．疲労試験では，0.7kN~0.5kNにかけて急激に疲労寿命がのび，疲労限度は0.5kNとなった．また破断の仕方はRS側で破断するものの，引張試験の場合とは異なりフッキング部先端でき裂が発生し，そのき裂が進展し最終的に延性破壊を呈していることが確認された．また，詳細なSEMによる破面観察では，一方の端から疲労き裂進展が生じ，複数のき裂が合体しながら接合部表面に向かって成長していき最終的に延性破壊を呈する．なお，FEM弾塑性解析では，フッキングを考慮しない理想的なモデルを作成し，変位を指定することによる引張試験の解析を行った．その結果，上板と下板の隙間の先端ではなく，その少し手前でミーゼス応力は最大となることから，そこからき裂が発生すると考えられ，実際の引張試験においても同様の場所から破断していたことから同継手の破断特性が再現可能となった．
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High fatigue resistance of adhesive bonded material by using ethanol jet peening process
Grant number：20K22395 2020.09 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Arakawa Jinta
Grant amount：\2860000 （ Direct expense: \2200000 、 Indirect expense：\660000 ）
In this study, we aimed to improve the adhesive bonding strength associated with the surface treatment of ethanol injection type jet peening, but there were many unknown points regarding the durability strength and fracture mechanism of adhesive joint in the first place, and the fracture mechanism of adhesive joint was examined in relation to this problem.
As a result, it was found that the fatigue strength of adhesive joints using SPCC material as the base material greatly decreased by applying water immersion. On the other hand, adhesive joints made of SUS material as the base material did not tend to decrease the fatigue strength greatly by water immersion. Therefore, it became clear that the fatigue strength decreased in SPCC adhesive joints due to the decrease in the interface strength associated with water immersion. -
ガラス繊維強化を援用した高耐久性能を有するFe-摩擦攪拌点接合継手の開発
大畑財団研究助成
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エタノール射出型ジェットピーニングによる薄板金属材料およびCFRPの接着接合強度改善
サタケ基金助成金
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レーザパターニング表面処理による高耐久性能を実現する接着接合接手の開発
天田財団助成金(若手助成)
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持続可能なガラス架橋型レーザ接合継手の開発とその評価
公益財団法人JFE21世紀財団
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ガラス架橋型-薄板鋼板レーザ接合継手の疲労強度評価
日本鉄鋼協会研究助成
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微小疲労き裂における連続屈曲のメカニズム解明と異次元な寿命改善技術の確立
三菱マテリアル株式会社 共同研究助成
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ガラス繊維架橋効果による摩擦攪拌線接合(FSW)継手の耐久性能向上
天田財団助成金(一般助成)