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レーザー焼き入れで使用済みの歯車を修復し、寿命を新品と同等以上に延長

2023 年 4 月 25 日日立建機株式会社国立研究開発法人物質・材料研究機構浸炭処理をした歯車にレーザー焼き入れをする様子　日立建機株式会社（執行役社長：先崎正文／以下、日立建機）と国立研究開発法人物質・材料研究機構（所在地：茨城県つくば市、理事長：宝野和博／以下、NIMS）は、このたび、使用済み歯車の表面にレーザー焼き入れ* 1 することで、摩耗によって損傷した部分を修復する手法（以下、本手法）を共同で開発しました。また、日立建機と NIMS は、修復した歯車の使用寿命を、新品と同等以上に延長可能であることを実証しました。なお、本手法は、炭素を拡散させて金属の表面を強化する浸炭処理を施した歯車を対象としています。 * 1金属を部分的に加熱・冷却し、硬化させる技術。　日立建機は、2023 年 4 月より、使用済み油圧ポンプ内部の歯車の再生において、本手法を適用します。これにより、従来、廃棄の対象としていた歯車の再生利用率が約25％向上します。20 トンクラスの油圧ショベルの場合、毎回の定期部品交換時、新品ではなく再生された歯車を利用することで、新品部品を製造するときに発生する CO2排出量 1 台当たり約 13kg の低減が見込まれます。将来的には、鉱山機械の再生部品への本手法の適用や部品再生を行っている日立建機グループの海外拠点への導入も計画しています。　日立建機の再生事業は、お客さまの使用済み純正部品（油圧シリンダ、油圧ポンプ、走行装置など）を、機械の修理や定期交換時に回収し、分解・整備後、新品同等の機能保証付きの再生部品として提供しています。高負荷がかかる歯車は、長く使用すると摩擦や残留応力* 2 などにより疲労し、使用寿命を迎えると、変形や破損へと至ります。浸炭処理した使用済み歯車にレーザーを照射することで、不具合を引き起こす金属の表層組織を部分的に改質して強度を回復し、新品の歯車と比べて、寿命を新品と同等以上に延長可能であることが実証されました。 * 2 物体に外力が加わる際、物体内部に生ずる応力（ストレス）のこと。外力が無くなっても残留し、変形・割れの原因となる。　本手法は、日立建機部品・サービスビジネスユニット再生事業部と NIMS 構造材料研究センター極低温疲労グループが共同で開発しました。両者は、2019 年から取り組み、2021 年 5 月に発表した「X 線測定による歯車の再利用可否の判定手法」に続き、2020 年から本手法の開発に取り組んできました。　日立建機と NIMS は、これからも、環境負荷低減の実現に向けた取り組みに貢献してまいります。■関連情報・2023年4月25日 NIMSニュースリリース・レーザー焼入れによる浸炭鋼の再製造のための持続可能な技術T. Kanazawa, M. Hayakawa, D. Vinas, Y. Tahara, N. Hata and M. Yoshimoto, Journal of Materials Research and Technology, 24, 2023, pp.39-48. ・2021年5月20日歯車の再利用可否の判定手法を共同開発ニュースリリース記載の内容は、発表日現在の情報であり、その後予告なしに変更される場合もありますので、ご了承ください。

2023/04/26 13:57 日立建機日本株式会社
日立建機　歯車の再利用可否の判定手法を共同開発

2021年5月20日国立研究開発法人物質・材料研究機構日立建機株式会社歯車の再利用可否判定の様子　日立建機株式会社（本社：東京都台東区、執行役社長：平野耕太郎／以下、日立建機）と国立研究開発法人物質・材料研究機構（所在地：茨城県つくば市、理事長：橋本和仁／以下、 NIMS）は、このたび、建設機械の部品の一つである歯車について再利用可否の判定手法を共同で開発しました。　本手法を活用することで、再生部品を製造する工程において、歯車の再利用可否を定量的な基準に沿って判断できるようになります。これにより、これまで廃棄（スクラップ）していた歯車が減少するため、CO2排出量の抑制および産業廃棄物の削減が可能となり、循環型社会の実現に貢献します。　日立建機の部品再生事業は、お客さまの使用済み純正部品（油圧シリンダ、油圧ポンプ、走行装置など）を修理や定期交換時に回収し、分解・整備後、新品同等の機能保証付きの再生部品として、お客さまにリユースいただく事業です。　再生部品を製造する工程で、例えば減速機の場合は、複数の歯車の組み合わせで構成されているため、分解後に各部品の再利用可否や、どの程度の加工・修理を行うべきかを判断する必要があります。歯車の再利用可否は、表面の傷、摩耗の度合いなど、目視などによる外観上の検査で推定寿命を判断していたため、定量的な基準を設けることが課題となっていました。　本手法は、日立建機ライフサイクルサポート本部再生事業部と NIMS 構造材料研究拠点環境疲労特性グループが共同開発したもので、2019 年から取り組んできました。さまざまな稼働時間の建設機械から取り外した減速機の歯車に X 線を照射して、表層組織の変化を測定する試験を重ね、疲労の蓄積による金属組織の変化と残留応力*1 の変化に相関関係があることが分かりました。　この相関関係に着目しながら、表層組織の変化を定量的に測定する NIMS の技術と日立建機の再生部品に関するデータや知見を組み合わせることで、歯車の損傷の有無を定量的な基準で定め、再利用の可否を判定できるようになりました。なお、本手法を用いた場合、超大型油圧ショベルでの部品の定期交換*2 において、1 台当たり約 14 トンの CO₂排出量の低減が見込まれます。歯車が組み込まれている旋回減速機（左）走行減速機（右）　本手法は、日立建機の土浦工場と常陸那珂工場において、2021 年 1 月より試験的に導入を開始しており、2021 年度中に本格的な導入を予定しています。将来的には、再生事業を行っている日立建機グループの海外拠点への導入も計画しています。日立建機と NIMS は、これからも共同開発を継続し、再生部品のデータベースと AI を組み合わせて、より高精度かつ迅速に歯車の再利用可否を判定する手法の開発をめざします。*1:歯車の生産過程で内部に残留する金属組織の形態と応力（ストレス）のこと。使用負荷により大きさや分布が変化する。 *2:対象を超大型油圧ショベル EX2600-6 とし、平均稼働時間内の定期部品交換に再生部品の使用を想定して試算。 ■関連情報・2021年5月20日発表 NIMSニュースリリース・日本金属学会誌金澤智尚, 早川正夫, 吉本光宏, 田原佑規, 畑典仁, 目黒奨, 廣戸孝信, 松下能孝，菅原道雄, リマニュファクチャリングのための浸炭歯車の損傷評価, J. Japan Inst. Met. Mater, 85 (2021) 198-206.■お問い合わせ先国立研究開発法人物質・材料研究機構経営企画部門広報室〒305-0047 茨城県つくば市千現 1-2-1 電話：029-859-2026 日立建機株式会社ブランド・コミュニケーション本部広報・IR 部広報グループ〒110-0015 東京都台東区東上野二丁目 16 番 1 号電話：03-5826-8152ニュースリリース記載の内容は、発表日現在の情報であり、その後予告なしに変更される場合もありますので、ご了承ください。

2021/05/20 15:54 日立建機日本株式会社

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