異なる特性を持つ材料を組み合わせる「異種材料接合」とは? 異種材料接合の特徴とおすすめ関連製品をご紹介

異なる特性を持つ材料を組み合わせる「異種材料接合」とは? 異種材料接合の特徴とおすすめ関連製品をご紹介
異なる機能や特性を持つ素材を適材適所で組み合わせることで、高機能化・多機能化・ハイブリット機能化を有した部材や製品を作り出す「異種材料接合」は、自動車の軽量化をはじめとした様々な分野で注目を集めている技術です。この記事では、異種材料接合について解説しています。

高付加価値をもたらす「異種材料接合」という技術

異なる機能や特性を持つ素材を適材適所で組み合わせることで、高機能化・多機能化・ハイブリット機能化を有した部材や製品を作り出す「異種材料接合」は、自動車の軽量化をはじめとした様々な分野で注目を集めている技術です。一般的には「マルチマテリアル化」と呼ばれることもあります。

それぞれの材料機能によって、例えば「軽量性」「耐熱性」「耐食性」「熱伝導性」など特徴が異なるため、目的に沿って各素材を組み合わせることが重要です。

異種材料接合が貢献する自動車の軽量化

異種材料接合が貢献する自動車の軽量化

異種材料接合における需要の約55%は金属同士による組み合わせが占めており、次いで金属・セラミックスの組み合わせが25%となっています。金属同士による需要の内訳は、鉄鋼(ステンレス)と他の金属の組み合わせが63%、アルミニウムと他の金属の組み合わせが46%となっています。

現状では特に自動車の軽量化における分野でこの技術が活用されており、金属同士の接合によりボディーの薄肉化や軽量化に貢献しています。今後は、樹脂材料等による組み合わせの開発が進むことで、自動車分野以外での活用も期待されています。

異種材料接合技術の現状と可能性

異種材料接合の技術はその組み合わせ種類によって、第1世代・第2世代・第3世代に分けられます。

異種材料接合技術の現状と可能性

第1世代

第1世代は同種金属をベースとした合金間の接合であり、既に実用化に成功しています。代表的な鉄鋼材料同士の接合においては主に溶融溶接法(アーク溶接法)が用いられています。一方で、その他の溶接・接合方法にはまだ開発の余地が多分に残されており、さらなる高効率・高能率・高品質に向けた技術進歩が期待されています。

第2世代

第2世代は異なる金属同士間の接合であり、技術的なハードルが高く現状では極一部の実用化に限定されています。中でも自動車軽量化への貢献が期待できる鉄鋼とアルミニウムによる接合が求められていますが、前述した溶融溶接による直接接合は厳しい現状にあります。しかし、接合温度が比較的低音の拡散接合法を用いることによって、金属間の化合物層を薄く抑えることが可能となるような例もあるため、接合条件や接合のプロセスを工夫することによって異なる金属同士の接合が可能となります。

第3世代

第3世代は異種材料となる接合であり、こちらも技術的なハードルが非常に高いことから現状では極一部の実用化に限定されています。特に期待されているのが金属・セラミックス及び高分子材料間による異種接合ですが、それぞれの材料構造が根本的に異なっているため非常に困難であり、今後さらなる技術開発が期待されています。しかし近年では、BMW社の自動車「7シリーズ」において、金属と樹脂による異種材料接合によるボディー構造を一部実現しているように、実用化に向けた開発は年々推進されています。

さいごに

さいごに

自動車軽量化の分野をはじめとして、様々な製造物関連への貢献が期待されている異種材料接合の技術。今回はその特徴や現状課題についてご紹介しました。

現在では欧米を中心に自動車軽量化のための部品接合において異種材料接合の技術が活用されていますが、今後は国内での普及も予想されています。

「異種材料接合」関連おすすめ製品

日本アビオニクス株式会社

超音波金属溶接機

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アルミ・銅のハーネスやベーパーチャンバーの溶接に最適

近年、地球規模の環境とエネルギー問題を背景に蓄電、配電技術の重要性が高まっています。 特に自動車では電動化促進により蓄電部品(電池、キャパシタ)及び配電部品(ハーネス、バスバー)の主要材料であるアルミ・銅の溶接技術が重要となっています。
また、パソコンやスマートフォンの薄型化に伴い、熱放射・冷却部品であるベーパーチャンバーに使用される銅板も薄型化が進んでいます。

日本アビオニクス株式会社の超音波金属溶接機は、アルミワイヤハーネスなどの「異種金属」やベーパーチャンバーなどの「シート状金属」の精度の高い接合を実現します。

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日本アビオニクス株式会社

大容量インバータ式溶接電源

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大型モータのヒュージング、高導電性材料の溶接に最適

日本アビオニクス株式会社の大容量インバータ式溶接電源は、最大電流16,000Aの大出力が可能なインバータ方式高機能溶接電源です。高加圧溶接ヘッドと組み合わせて使用します。

大型モータのコイルのヒュージングなどに求められる、「通電時間、加圧、通電、潰れ量」などの細かい条件設定が可能です。条件設定後は、溶接装置が自動で溶接を行ってくれるのでとても簡単です。

さらに、装置の難しい条件設定は当社のスペシャリストが完全サポートするため、安心してお使いいただくことができます。

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日本アビオニクス株式会社

インバータ式溶接電源

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使い易さを追求した高機能溶接電源

日本アビオニクス株式会社のインバータ式溶接電源は、高精細な制御を実現可能とするインバータ方式高機能溶接電源です。システムヘッドと組み合わせて使用します。

インバータ周波数自由選択式、127stepフリースタイル通電プロファイルの搭載が、様々な溶接シーンで高信頼性溶接を実現します。また、遠隔操作が可能なプログラムBOXにより、溶接電源の自動機組み込みにおける配置自由度が向上。自動機搭載型として堅牢性も備えた最新の溶接電源です。

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日東精工株式会社

異種金属接合技術「AKROSE」

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「冷間圧造技術」を活かした新発想の接合技術

異種金属接合技術「AKROSE」は、市場トレンドである2種以上のマルチマテリアル化に対応した、新発想の接合技術です。

・常温環境における1回のプレスで、「所定形状への成形」と「部材同士の接合」を 同時に行うことが可能。

・冷間圧造を応用した技術を用い、工程を単純化。それを通じて、「密着性」と「接合強度」を高水準で両立。

・接合箇所や接合強度を調節することができるため、自由な発想で設計が可能。2種以上のマルチマテリアル化にも適応。

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