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2021.7.6

微量元素の添加量制御により鋳造性、被削性を向上新しい低熱膨張鋳鉄 「ヒノGDインバー®」 を開発– 生型自動造型による低コスト化で、半導体製造装置、工作機械等の競争力強化に寄与 –

ヒノデホールディングス株式会社(本社:福岡県福岡市博多区、代表取締役社長:浦上紀之、以下当社)は、長年培ってきた鋳物の材料開発技術を活かし、このほど、温度変化による寸法変化を抑えた低熱膨張の鋳鉄材料「ヒノGDインバー®」シリーズを開発しました。

高剛性の球状黒鉛鋳鉄(FCD)系「ED2」(α=1.0~2.0ppm/℃)、鋳造性を高めたFCD系の「ED3」(α=2.5~3.5ppm/℃)、高減衰・高被削性の片状黒鉛鋳鉄(FC)系の「EG3」(α=2.5~3.5ppm/℃)の3種類を用意。

公共土木分野で培った、生型自動造型ラインによる低コストでの多品種少量生産、安定した供給能力で、設備投資が拡大基調にある半導体製造装置や工作機械等の分野の下支えを行ってまいります。

開発の背景:低熱膨張材料のニーズ

・金属は熱により膨張する性質をもっています。産業分野で最も使われる鉄の線膨張係数(1℃あたりの寸法変化)※1は12ppm(12×10-6)/℃で、1mの鉄棒の場合、1℃の変化で12㎛変化します。

・ナノメートル(10-9)単位の高精度が求められる半導体製造装置、工作機械などでは、致命的な変化となりますので、近年の半導体需要拡大に伴い、熱膨張を抑制できる材料のニーズは非常に高まっています。

※1:「熱膨張」には、長さが変化する「線膨張」と体積が変化する「体積膨張」があるが、固体では一般的に「線膨張」を使用。

市場環境:低熱膨張材料の種類

・これまで、インバー(鉄・ニッケル合金:α=鉄の1/10)、スーパーインバー(鉄・ニッケル・コバルト合金:α=鉄の1/100)などの熱膨張係数が非常に低い合金が発見され、高精度が求められる装置や機械に使用されてきましたが、素材が単純な棒や板の形状であり、難削性のため、複雑形状品や大型品に使用するには加工の負荷が大きいというデメリットがありました。

・最終製品に近い形状(ニアネットシェイプ)が製造できる「鋳物」で低熱膨張が実現できる材料が求められており、既に各社が様々な素材を開発し販売しています。

「ヒノGDインバー®」※2各材料のポイント

・主要添加元素であるC(炭素)、Si(シリコン)、Ni(ニッケル)、Sb(アンチモン)の配合比の最適化により、線膨張係数を低減させた状態で、黒鉛を微細に分散させることで被削性を向上させる一方、異常黒鉛組織であるチャンキー黒鉛の生成を抑制することで機械的特性を安定させることに成功しました(特願2020-178270)。

※2:ヒノGDインバーの「GD」は、「Graphite Distributed」を意味しています。

品番 ED2 ED3 EG3
種類 FCD(球状黒鉛鋳鉄) FCD(球状黒鉛鋳鉄) FC(片状黒鉛鋳鉄)
線膨張係数
(ppm/℃)
1.0~2.0
(20~50℃)
2.5~3.5
(20~50℃)
2.5~3.5
(20~50℃)
引張強度
(Mpa)
400~500 400~500 100~200
伸び=延性(%) 20 18
硬さ(HB) 150~170 130~170 90~130
ヤング率(Gpa) 130~140 120~130 80~90
製造プロセス 生型自動造型
自硬性手込め造型
ロストワックス
生型自動造型
自硬性手込め造型
生型自動造型
特長

・ED3をベースにC,Siを引き下げ、
溶湯処理と熱処理によって
インバー並み低熱膨張を実現。

・薄肉・複雑形状での鋳造性向上と、
被削性向上のため、
C量を増やし微細に分散させる一方、
厚肉鋳物での内部欠陥を防ぐため
微量元素で球状化を制御。

・強度・剛性が求められる部材に。

・FCのため減衰性・被削性が高い。
制振性が求められる部材に最適。

使用用途例

・半導体製造装置(固定ホルダ等)

・工作機械(主軸等)

・FA機器等

・半導体製造装置(固定ホルダ等)

・精密測定機器(校正機器等)

・工作機械(テーブル等)

・精密測定機器(校正機器等)

今後の展望

・5G化、IoT化、自動運転化などを背景に、
各種製造機器メーカーが増産を行っている中、
高精度なものづくりに対応するため、
低熱膨張材料の需要は、
今後も増加していくと考えられます。

・その動きに対し当社では、
自動造型ラインを活用した素材単体の提供、
および、グループ内加工工場を用いた
最終形状品までの一貫受注による
低コスト化を提案していきます。

・近い将来には、精密鋳造(ロストワックス)を
活用したニアネットシェイプ化による
加工工数の低減提案も進めるべく、
その製造プロセスの確立を進めています。

・また、独自に、お客様と共同で、
鋳鉄のみに留まらず、鋳鋼、アルミなど、
市場のニーズを捉えながら、
鋳物の価値を高める革新的な
材料開発を行なっていきます。

ヒノデホールディングス株式会社の概要

・鋳鉄製マンホール蓋の国内トップメーカーであり、
1919年創業の日之出水道機器を中核企業に
据える持株会社。

・鋳物の材料開発技術、構造設計技術、
多品種少量生産技術などを活かし、近年は、
産業機械用鋳物などの分野に進出中。

・対象とする材料は、鋳鉄だけでなく、
鋳鋼、ステンレス鋳鋼、アルミなど、
幅広く新材料の研究開発を行っている。

・昨年12月には、㈱牧野フライス製作所、
㈱田島軽金属と共同で
高剛性アルミ鋳造合金(ATHIUM)を発表。

本社 福岡県福岡市博多区堅粕5-8-18
代表者 代表取締役社長 浦上 紀之
設立 2003年(平成15年)9月
資本金 2,700万円
連結子会社 16社
連結売上高 287億円(2021年3月期)
連結社員数 1,365名(2021年3月31日現在)

[本件に関するお問い合わせ]

ヒノデホールディングス株式会社

産業機械ビジネスユニット 田中・日高

TEL:045-478-0527

E-mail:senryaku-hlds@hinodesuido.co.jp