モフィディタバタバイ　ハメッド研究室（機械材料研究室）｜理工学部

摩擦攪拌技術で異なる材料をつなぎ新たな機能を生み出す

航空機や自動車を軽く丈夫にするには、材料そのものの性能に加え、異なる材料を組み合わせる技術や、必要な部分に機能を与える加工技術が重要である。機械材料研究室では、国士舘大学で開発された摩擦攪拌成形（FSF）を中心に、摩擦攪拌技術を用いた新たな加工法と機能性材料の開発に取り組んでいる。回転工具の摩擦熱で金属を軟化させ、圧力によって材料を流動させる原理を、成形や異種金属の接合、材料内部への機能の組込みへ展開する点が、本研究室の特色である。材料の形をつくると同時に、異なる材料の長所を組み合わせ、新たな機能を生み出す加工技術の確立を目指している。
具体的には、アルミニウム合金、チタン合金、超塑性合金などを対象に、繊維の埋込みによる局部強化、光ファイバを組み込んだ材料、振動を吸収する複合材料、内部に微細な流路を持つ材料の研究を進めている。これらを通じて、強度の向上に加え、計測・制振・冷却などの機能を材料に持たせることを目指す。さらに、金属3Dプリンタで造形した材料の摩擦攪拌プロセスによる組織制御にも取り組んでいる。顕微鏡観察や力学試験により、加工方法と内部構造、性能の関係を明らかにし、軽量で多機能な材料・部品の実現につなげる。

■研究室紹介動画

動画名：機械工学系モフィディ・タバタバイ・ハメッド准教授の進路選び経験談

■機械材料研究室HP

https://mofidi.mech-kokushikan.com/contents/

摩擦攪拌接合（FSW）の原理と本研究室独自のツール

FSWは、回転工具の摩擦熱で材料を軟化させ、攪拌することで、アルミニウム合金などを溶かさずに接合する技術である。その仕組みを示す原理図と、本研究室で独自に設計・製作した工具を紹介する。
出典：機械材料研究室HP「研究内容」

摩擦攪拌成形（FSF）の原理

回転工具の摩擦熱で金属を軟化させ、工具から加わる圧力によって材料を金型の溝へ流し込み、成形する技術である。

金属内部への光ファイバの埋込み

摩擦攪拌成形（FSF）を用いて、亜鉛・アルミニウム合金の内部に光ファイバを埋め込んだ研究例である。材料内部の温度やひずみを計測するセンサ機能を備えた複合材料への応用を目指している。

振動を吸収する超塑性制振鋼板の開発

摩擦攪拌成形（FSF）を用いて、亜鉛・アルミニウム系超塑性合金と穴あき鋼板を一体化した研究例である。鋼板の強さと合金の振動を吸収する性質を組み合わせ、振動や騒音の低減に役立つ複合材料の開発を目指している。

繊維の埋込みによる金属材料の局部強化

摩擦攪拌成形（FSF）を用いて、金属内部にステンレス鋼の繊維を埋め込み、必要な部分を局所的に強化する研究例である。写真は、アルミニウム合金への繊維の埋込み例と、亜鉛・アルミニウム合金が繊維の隙間に流入した様子を示している。

研究分野における現在の問題点や関心事、見解など

異なる金属を組み合わせれば、軽さ、強さ、耐熱性など、それぞれの長所を生かせる。しかし、接合時の熱によって、境界に脆い金属間化合物（IMC）が形成され、接合部の強度が低下することが課題となる。本研究室では、摩擦攪拌技術における熱、圧力、材料の流れに着目し、加工条件の調整や接合部に薄い金属層を挟む方法などによって、金属間化合物の過度な形成や欠陥を抑える方法を検討している。
さらに、軟化した金属を流動させて形をつくる摩擦攪拌成形の原理を、新たな異種金属の接合技術へ応用する研究にも取り組んでいる、金属内部への繊維やセンサの埋込み、微細な流路の形成などを通じて、必要な部分の強化や、計測・冷却などの機能を持つ材料の開発を目指す。また、金属3Dプリンタで造形した材料の内部組織や性質を、摩擦攪拌プロセスによって制御することも関心の一つである。強度だけでなく、変形する能力や機能、再現性も重視し、接合・成形・材料改質を組み合わせた新たな加工法の開発につなげたいと考えている。

主な研究テーマ①

摩擦攪拌成形による異種材料の接合と機能性複合材料の開発

金属の中に細い繊維やセンサを組み込むことができれば、強さに加え、材料内部の状態を調べる機能などを持たせられる。本研究では、摩擦攪拌成形（FSF）によって金属を局所的に軟化・流動させ、異なる材料を包み込み、機械的に固定する方法を調べている。対象には、アルミニウム合金とステンレス鋼繊維、チタン合金や亜鉛・アルミニウム合金と光ファイバなどがある。工具の回転数や移動速度、埋め込む位置などを変え、接合部の断面観察や強度試験から、隙間や損傷を抑えられる条件を検討する。また、アルミニウム合金とマグネシウム合金の接合や、金属と樹脂の複合化にも研究を広げている。異なる材料の境界で何が起こるかを明らかにし、軽量部材の接合、局部的な補強、センサを組み込む材料などへの応用を目指している。

摩擦攪拌成形でチタン合金内部に埋め込んだ光ファイバの断面像と元素分布。埋込み状態や周囲の隙間を観察し、加工条件を検討する。

主な研究テーマ②

摩擦攪拌プロセスによるチタン合金と金属3D造形材の組織制御

金属の強さや変形のしやすさは、成分だけでなく、内部の結晶の大きさや並び方にも左右される。本研究では、回転工具による加熱と大きな変形を利用する摩擦攪拌プロセス（FSP）によって、チタン合金などの内部組織を制御し、材料の性質を調べている。特に、レーザで金属粉末を一層ずつ溶かして積み重ねる金属3Dプリント技術（LPBF）で製作したTi-6Al-4V合金を対象に、造形方向と加工方向の関係に着目している。プロセス（処理）前後の試料について、顕微鏡観察、硬さ測定、引張試験、破断面観察を行い、組織の変化が強度や伸びに与える影響を評価する。オーストラリアのGriffith大学との共同研究も進め、造形とその後の加工を組み合わせた材料設計を検討している。航空機などで利用されるチタン合金の特性を理解し、目的に応じて性能を調整するための知見を得ることを目指す。

関連資料：モフィディタバタバイハメッド（2025）「オーストラリア・グリフィス大学ADaPTにおける研究・交流報告書」、第2、1節、本文p.2–3（国士舘大学「研究経過報告書」添付資料）。

チタン合金に摩擦攪拌プロセス（FSP）を施している様子。加工条件が内部組織や強度、破断までの伸びに及ぼす影響を調べ、目的に応じた材料特性の制御を目指している。

主な研究テーマ③

金属内部に微細な流路をつくる加工技術

金属部品の内部に細い流路を設ければ、冷却や熱の移動に役立てられる。しかし、小さな穴や曲がった経路を、外側からの切削加工だけで形成することは容易ではない。本研究では、摩擦攪拌成形（FSF）を用いてアルミニウム合金の内部に低融点金属のワイヤを埋め込み、その後の熱処理でワイヤを溶かして排出することにより、微細な流路を形成する方法を検討している。ワイヤの太さ、加工条件、熱処理条件を変え、断面観察によって流路の形状や残留物、周囲の欠陥を調べる。流路を安定して形成するには、埋込み時に材料がどのように流れるかに加え、溶けた金属を十分に排出できるかが重要である。現在は、これらの課題を整理し、形状のばらつきや残留物を抑える条件を探っている。将来の冷却部品や熱交換部材への応用につながる基礎的な加工技術の確立を目指す。

主な研究テーマ④

超塑性合金を用いた複合鋼板と接合機構の解明

材料の中には、特定の温度や変形速度で大きく伸びる「超塑性」という性質を示すものがある。本研究では、亜鉛・アルミニウム系の超塑性合金と鋼板を組み合わせ、摩擦攪拌成形（FSF）によって複合化する方法を研究している。回転工具から受ける熱と圧力により、合金が鋼板の穴などに流れ込み、接合が形成される過程に着目する。加工中の圧力の測定や加工後の断面観察を通して、工具の動き、材料の流れ、接合状態の関係を調べている。また、接合部の形状や強度を比較し、機械的なかみ合いと界面での接合が、複合材の性質にどのように寄与するかを検討する。こうした研究により、鋼板の強さと合金の特性を組み合わせ、振動を抑える機能を持つ複合材料の開発につなげることを目指している。材料が大きく変形する現象を、加工と機能の両面から理解するテーマである。

■主な関連論文（代表例）

本研究室の研究テーマに関連する代表的な研究成果を以下に示す。

Hamed Mofidi Tabatabaei, Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, “Relation between Process Parameters and Pressure during Friction Stir Forming in the Development of a Superplastic Composite Steel Sheets,” Materials Science Forum, Vol. 1107, pp. 27–32, 2023. DOI: 10.4028/p-ltp0Cq
Hamed Mofidi Tabatabaei, Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, “Effect of friction stir forming parameters on mechanical properties and plastic flow of material in the mechanical interlocking of optical fiber and SP-700 superplastic titanium alloy,” Materials Research Proceedings, Vol. 32, pp. 95–102, 2023. DOI: 10.21741/9781644902615-10
Takahiro Ohashi, Hamed Mofidi Tabatabaei, Tadashi Nishihara, “Joining Aluminum Alloy and Steel by Friction Stir Forming from Steel Side,” Key Engineering Materials, Vol. 966, pp. 103–108, 2023. DOI: 10.4028/p-z2JAlB
Hamed Mofidi Tabatabaei, Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, “Innovative Method of Embedding Optical Fiber inside Titanium Alloy Utilizing Friction Stir Forming,” Key Engineering Materials, Vol. 934, pp. 67–73, 2022. DOI: 10.4028/p-683ks0
Hamed Mofidi Tabatabaei, Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, “Effect of Friction Stir Forming Parameters and Heat Treatment on Mechanical Properties of Fibre-Reinforced Aluminium Alloy,” Key Engineering Materials, Vol. 918, pp. 57–66, 2022. DOI: 10.4028/p-l892cv
Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, Hamed Mofidi Tabatabaei, “Mechanical Joining Utilizing Friction Stir Forming,” Materials Science Forum, Vol. 1016, pp. 1058–1064, 2021. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1016.1058
Hamed Mofidi Tabatabaei, Keita Kobayashi, Takahiro Ohashi, Tadashi Nishihara, “Effect of Friction Stir Forming Process Parameters on Mechanical Interlock between A5083Alloy and Ultra-Thin Stainless Steel Strands,” Key Engineering Materials, Vol. 858, pp. 27–32, 2020. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.858.27
Hamed Mofidi Tabatabaei, Chiaki Okuyama, Tadashi Nishihara, Takahiro Ohashi, “Friction Stir Processing Trials of SP-700 (Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo) Titanium Alloy,” Defect and Diffusion Forum, Vol. 385, pp. 349–354, 2018. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.385.349
Takahiro Ohashi, Hamed Mofidi Tabatabaei, Tadashi Nishihara, “Mechanical behavior and fracture of easily-decomposable dissimilar-materials-joint fabricated by friction stir forming,” Mechanical Engineering Journal, Vol. 5, No. 2, 17-00496, 2018. DOI: 10.1299/mej.17-00496
Hamed Mofidi Tabatabaei, Tadashi Nishihara, “Friction Stir Forming for Mechanical Interlocking of Ultra-Thin Stainless Steel Strands and Aluminum Alloys,” Defect and Diffusion Forum, Vol. 382, pp. 114–119, 2018. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.382.114
Hamed Mofidi Tabatabaei, Tadashi Nishihara, “Friction stir forming for mechanical interlocking of insulated copper wire and Zn-22Al superplastic alloy,” Welding in the World, Vol. 61, No. 1, pp. 47–55, 2017. DOI: 10.1007/s40194-016-0406-9
Hamed Mofidi Tabatabaei, Takahiro Hara, Tadashi Nishihara, “Production of a Superplastic Vibration-Damping Steel Sheet Composite Using Friction Stir Forming,” Materials Science Forum, Vols. 838–839, pp. 574–580, 2016. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.838-839.574

その他の研究実績：機械材料研究室「研究実績」 https://mofidi.mech-kokushikan.com/works/

研究室・ゼミ活動

研究室では、自分で試料をつくり、観察・測定した結果から材料の変化を考えることを大切にしている。ゼミナールでは、硬さ試験、引張試験、顕微鏡観察などの基礎を学び、工作機械を使った実験装置や工具の製作にも取り組む。材料について日本語と英語で学ぶ機会を設け、専門用語や英文資料に慣れることも重視する。卒業研究では、文献調査から実験計画、試料加工、組織・特性の評価、結果の整理、発表までを一連の活動として進める。学生自身が研究の予定を立て、予想と異なる結果が出たときには、原因を考えて次の実験を工夫する姿勢を育てたい。教員との議論や発表準備を通して、自分の考えを根拠とともに説明する力も養う。また、Griffith大学との共同研究など、海外の研究に接する機会を教育にも生かし、材料と加工を広い視点で考えられる技術者・研究者の育成を目指している。

所属学生の卒論・卒研のテーマ、キーワード（一例）

摩擦攪拌成形を用いた亜鉛ワイヤ埋込みによるアルミニウム合金内部の微細チャネル形成
亜鉛インサートを用いたアルミニウム合金とマグネシウム合金の摩擦攪拌接合
摩擦攪拌成形中の圧力と材料流動の評価による超塑性複合鋼板の接合機構の解明
アルミニウム合金と樹脂の接合および内部チャネル形成
摩擦攪拌成形による光ファイバや金属繊維の埋込みと複合材料の特性評価

キーワード：摩擦攪拌接合（FSW）、摩擦攪拌成形（FSF）、摩擦攪拌プロセス（FSP）、異種材料接合、複合材料、超塑性、組織制御、金属3Dプリント、微細チャネル

所属学生の卒業後の進路

本研究室の卒業生の主な就職先・進学状況

本研究室の卒業生は、製造業、技術サービス、販売、教育など、幅広い分野へ進んでいる。また、専門性をさらに深めるため、大学院へ進学する学生もいる。
主な就職先例：日産自動車、小田急電線、IJTT、共同カイテック、天龍製鋸、LAマイスター、メイテックフィルダーズ、ノジマ、川崎市（教員）。

卒業生の活躍―研究経験をものづくりの現場へ

本研究室で異種金属の摩擦攪拌接合に取り組んだ卒業生が、日産自動車で車体軽量化に向けた生産技術開発に携わる様子が、大学公式サイトで紹介されている。
卒業生インタビュー「正確な実験を積み重ねながら革新的な生産技術開発に取り組んでいます。」
※所属・仕事内容などは2022年時点の情報である。

教員メッセージ

材料やものづくりに関心を持ち、「なぜこのような結果になったのか」を自分で考えてみたい学生を歓迎する。研究では、教科書に答えが載っていない課題に取り組むため、一度で思いどおりの結果が得られるとは限らない。そこで必要になるのは、結果を丁寧に観察し、原因を考え、次に試す方法を選ぶ姿勢である。最初から高度な専門知識や英語力がそろっている必要はない。実験や文献調査を重ね、周囲と議論しながら少しずつ身につけていけばよい。自分の研究に責任を持ち、計画を立てて継続的に取り組むことを大切にしてほしい。本研究室では、工具や試料の製作から、顕微鏡観察、材料試験、データの解釈、成果の発表までを経験できる。自分の手でつくった材料の内部を見て、性質が変わる理由を探る経験を通じて、未知の課題にも主体的に向き合える力を育てたいと考えている。