アモルファス合金の
アプリケーション

ユニークな材料特性がもたらす幅広い用途と更なる可能性

アプリケーション一覧

アモルファス合金には、ユニークな材料特性があります。その特性を生かし、航空宇宙、医療技術、ロボット、e-モビリティなどの様々な産業における革新的なハイテクアプリケーションでの最適な材料となっています。

航空宇宙

アモルファス合金(アモルファス金属)の航空宇宙でのアプリケーション

航空宇宙

アモルファス合金の特長:

  • 弾力性:過酷な環境下での耐摩耗性と低温延性
  • 耐腐食性:コーティングや後処理なしでの製造可能
  • 軽量構造:設計の可能性、複雑形状、厳しい許容範囲、小型化
  • 信頼性: 疲労強度、低ヒステリシス、高弾性

アプリケーション:

  • ベアリングのハウジングとサポート
  • ドリルヘッドとツール
  • エンジンマウント、ディスク
  • インペラー、ローター、ブレード部品
  • ジョイント、ギア、ヒンジ、シャフト
  • 推進駆動やエンジン
  • シールとフラップ
  • スプリングとダンピング部品

航空宇宙産業の部品に求められる主な条件は、軽量化と高い安定性だけでなく、過酷な環境条件での繰り返し荷重に耐えられることです。アモルファス合金は、一般的に使用されているチタン合金やステンレス鋼と比較して、曲げ強度2GPa以上という高い強度と、それに伴う部品の薄型化や小型化といった形状設計の自由度、さらに高い耐食性を特徴としています。また、アモルファス合金製の部品は、低温延性があり、良好な疲労強度(10億サイクル、25Hzで400MPaの範囲)を示すため、特に宇宙での使用に適しています。

オートモーティブ&モビリティー

アモルファス合金(アモルファス金属)のオートモーティブ&モビリティー でのアプリケーション

オートモーティブ&モビリティー

アモルファス合金の特長:

  • 強度:高い降伏強度、それに対応する疲労強度、高い硬度
  • 弾性 :弾性エネルギーの高い貯蔵能力
  • 高い透磁率:低い保磁力
  • 精度:厳しい公差と良好な繰返し精度範囲
  • 表面品質:耐傷つき性、優れた表面特性

アプリケーション:

  • 装飾部品
  • 電気モーター部品
  • 歯車・駆動部品
  • ハプティック(触覚)部品
  • 取付部品
  • サスペンション

未来のモビリティは、進歩した技術を継続的に使用することで特徴付けられます。ここでアモルファス合金が貢献するのは、3Dプリントによる軽量化(同等のスチール製部品と比べて最大20%)と、高い強度(1.6GPaの引張強度)、弾性(最大2%)による設計の自由度です。安定性を犠牲にすることなく、部品をより薄く、より繊細に、より小さくすることができます。アモルファス合金は、硬度が非常に高く(480HV以上)、クリープ特性や耐食性にも優れているため、連続的な負荷や瞬間的な衝撃に対する耐性にも同様に適しています。スプリング部品やヒンジ、ダンピングも、アモルファス合金で一貫して再設計することができます。

これはまた、新しい形態のモビリティが可能になる、ということも意味しています。ドローンの耐クリープ性ローターブレード、フライトキャビンのサポート、高精度で低ヒステリシスの圧力センサーなど、アモルファス合金はすでに未来のモビリティのための先駆的な材料であることを証明しています。

ライフスタイル

アモルファス合金(アモルファス金属)のライフスタイルでのアプリケーション

ライフスタイル(時計の製造、ウェアラブル、楽器、スポーツ)

アモルファス合金の特長:

  • 生体適合性: 皮膚との接触で抗菌性を発揮
  • 外観品質:高品質な光学的外観
  • デザイン性 :幾何学的デザインの自由度と厳しい公差内での製造性
  • 弾性 :多量の弾性エネルギー(音響エネルギーも含む)の確実な伝達・共振
  • 高い装着感: 低い熱伝導率と高い表面品質
  • 小型化:ウェアラブル技術の狭いスペースへの組み込みと保護
  • 耐性:耐傷性、耐摩耗性、耐腐食性
  • 強度:実用的・機能的な技術の保護
  • 独自性: 卓越した素材クラス

アプリケーション:

  • 楽器(ギターブリッジ、ブリッジピン、管楽器のマウスピース、音叉)
  • スポーツ(ラケット、フレーム、バー)
  • 時計(ベゼル、ブレスレットのピン、留め具、ハウジング、衝撃吸収用の安全部品)
  • ウェアラブル(ブレスレット、ヒンジ、ハウジング、リング)

この新材は、高級時計における独自性を際立たせるだけでなく、ウェアラブルのような未来のテクノロジーのための材料探しに適しているという点でも興味深いものがあります。ここでは、最も繊細な技術を小型化されたスペース内で効率的に保護し、ハウジングのデザインを完璧なものにすることができます。アモルファス合金製のライフスタイル向けの部品は、生体適合性による高い耐食性だけでなく、低熱伝導性と高い表面性により抗菌性を持ち、皮膚に接触しても快適性を保ちます。機能的な特長としては、高い弾性能力(14J/m3以上)が挙げられ、特に楽器の音響エネルギーや、ラケットの柄や補助具などのスポーツ用品を効率的に設計することができます。

アモルファス合金製ライフスタイル用部品の利点については、導入事例「完成度の高い時計製造(英語)」で詳しくご紹介しています。

医療技術

アモルファス合金(アモルファス金属)の医療技術でのアプリケーション

医療技術

アモルファス合金の特長:

  • 生体力学的特性: 低いヤング率、高い降伏強度
  • 認定された生体適合性: 細胞毒性なし、細胞変形なし、イオン蓄積なし
  • 耐久性:高い耐摩耗性と耐腐食性
  • 動的固定と安定化: 高い疲労強度と高い弾性限界
  • 小型化とデザイン性の向上: 3Dプリントまたは射出成形による厳しい公差と再現性のある製造

アプリケーション:

  • インプラント(脊椎、歯科、外傷)
  • 医療機器および固定具
  • 外科用および歯科用器具

パーソナライズされたインプラント、整形外科、医療機器に最適な材料は、同時に多くの高い要求に直面しています。生体適合性の標準に加えて、製造性と表面機能、特に複雑な個々の形状への適応は、従来の解決策によるアプローチとアプリケーションの要求水準の間のボトルネックとなる現在の課題です。アモルファス合金を使用するという有望なアプローチは、すでに実用的な研究と実装において実行可能であることが示されています。アモルファス合金を用いたバイオメディカルのためのデザイン、機能性、生体適合性におけるこれまでの課題を克服する可能性は、すでに生体内での結果で確認されています。医療技術における厳しいアプリケーションは、アモルファス合金の特長を有利に生かしており、この分野での課題における可能性を広げ、将来的に患者により良い治療を提供するための新しい可能性を開いています。

アモルファス製インプラントの特長については、導入事例「医療用インプラント」(英語)で詳しくご紹介しています。

ロボティクスとメカニクス

アモルファス合金(アモルファス金属)のロボティクスとメカニクスでのアプリケーション

ロボティクスとメカニクス

アモルファス合金の特長:

  • 弾性: 耐久性、機能性能の拡大
  • 耐摩耗性: 無潤滑、長期間の性能維持
  • 耐久性: 疲労強度、耐クリープ性
  • 小型化、デザイン性の向上: 3Dプリントや射出成形による厳しい公差と再現性のある製造

アプリケーション:

  • 歯車
  • グリッパ部品
  • 機械要素
  • スプリング部品

従来の材料は、非常に複雑だが技術的に実現可能な動力学や、単純ながら大きな負荷がかかる機械的コンセプトを実現するために使用されていますが、その機械的特性には限界があり、今日のハイテクアプリケーションの多くの分野で限界に達しています。アモルファス合金の高強度(1.6GPaの引張強度)と高弾性(最大2%)という優れた特性により、これらの問題の多くはすでに解決することができます。特に弾性のある機械部品には、アモルファス合金の特性が活かされています。ベンディングジョイントやヒンジ、グリッパーユニットやスプリング部品は、アモルファス合金の疲労強度(10億サイクル、25Hzで400MPaの範囲)と耐摩耗性により、効率的に使用でき、部品寿命を延ばし、アセンブルすることができます。

センサー

アモルファス合金(アモルファス金属)のセンサーでのアプリケーション

センサー

アモルファス合金の特長:

  • 感度:より高精度、低圧域での高分解能
  • 小型化:ダイアフラム径の小型化、アセンブリの小型化、複雑形状への対応
  • 信頼性: 低ヒステリシス、耐腐食性、顕著な温度影響なし(Tg以下)

アプリケーション:

  • 圧力センサー
  • ダイアフラム
  • ロードセル
  • 力変換器

信頼性の高い感度、疲労強度、小型化の可能性だけでなく、耐食性や材料のヒステリシスに対する高い要求は、現代のセンサーシステムの材料が直面している課題です。特に、ひずみや弾性が主要な機能である計測分野では、信頼性の高い正確な測定範囲の鍵は、大きくて精密に定義された弾性体の挙動にあります。アモルファス合金製部品が活かされるのはまさにここからで、アセンブリ全体の寸法が狭いことに加えて、同じ負荷と同じ変形を伴う低圧範囲でも同じように正確な測定結果を得ることができます。また、ヒステリシスが小さく、耐熱性に優れているため、アモルファス合金は従来の材料の値を上回ることができます。

アモルファス合金製センサーについては、ホワイトペーパー「アモルファス合金とセンサー部品の融合(英語) 」で詳しくご紹介しています。

ツールインサート

アモルファス合金(アモルファス金属)のツールインサートでのアプリケーション

ツールインサート

アモルファス合金の特長:

  • 低い熱伝導率: 周辺機器が不要、高いエネルギー効率とCO2削減効果
  • 簡素化:コーティング不要、寿命向上(従来のスチール製インサートと比較して)
  • 表面精度: 表面欠陥(溶接線)の回避、均一性・高光沢化

アプリケーション:

  • 射出成形マイクロオプティクス
  • 非常に高い表面仕上げの要求がある射出成形プラスチック製品

最新鋭のプラスチック射出成形機には、高度な周辺技術が搭載されており、各プロセスサイクルに最適な金型壁面温度を短時間で確保することができます。しかし、この方法ではエネルギー投入量が多く、意図せずに金型全体が加熱されてしまいますまた、温度変動を補正する必要があるため、サイクルタイムが長くなることもあります。インサート成形の幾何学的な設計上の改善は、これまでもこの問題の解決に少しずつ貢献してきました。しかし、エネルギー効率やプロセス効率を重視した、より徹底的で完全なアプローチは、主にアモルファス合金製の3Dプリントされたツールインサートで実現できます。アモルファス合金は熱伝導率が低く、疲労強度が高いため、従来のスチール製インサートに比べて、部品の表面欠陥が少なく、寿命が長くなるという結果が得られます。さらに、エネルギー効率の向上、すなわちエネルギー使用量とCO2排出量の削減も実現しています。この方法では、周辺機器もコーティングも必要なく、サイクルタイムも短縮できます。なぜなら、表面はアルミ製金型に匹敵するほどよく作られ、その耐用年数はスチール製インサートに匹敵し、必要とされてきたコーティングプロセスも不要だからです。さらに、射出成形の過程でコーティングが剥がれて再加工しなければならないというリスクも回避できます。