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摩擦撹拌接合についての概要、用途、原理などをご説明します。また、摩擦撹拌接合のメーカー11社一覧や企業ランキングも掲載しておりますので是非ご覧ください。摩擦撹拌接合関連企業の2024年12月注目ランキングは1位:株式会社ユタカ技研、2位:株式会社日立パワーソリューションズ、3位:愛知産業株式会社となっています。
摩擦攪拌接合とは、異なる2つの素材を接合させる技術のことです。
工具を高速で回転させ、摩擦熱と塑性流動を利用して素材を結合させます。軟化点が高い素材には適していませんが、完全な溶解を伴わないため、熱履歴を抑えることが可能です。
摩擦攪拌接合は、溶接と比較して熱変形が少ないのが特徴です。また、素材同士を接合できる点が評価されています。比較的新しい接合技術ではありますが、接合工具の形状最適化などにより問題点の解決が進んでいる状況です。
近年、摩擦攪拌接合技術は広く活用され始め、その優れた性能が注目されています。今後もさらなる研究開発が期待されており、さまざまな産業分野で応用される技術です。
摩擦撹拌接合は、主にアルミ合金をはじめとし、チタン合金やマグネシウム合金、銅、亜鉛などの金属の接合に用いられています。
具体的な使用用途は、鉄道のアルミ車両製造や自動車用フレーム、航空宇宙産業、船舶の軽量構造体、航空機の気体やエンジン部品の製造、橋梁などの建造構造物です。
異種金属を接合する際には、固有電位差から電蝕の恐れがあるため、接合箇所の防水や組み合わせる金属の選定に注意が必要です。近年では、軟化温度の高いステンレスや炭素鋼の接合技術が開発されており、YAGレーザ溶接と組み合わせたハイブリッド法などの進化も進んでいます。
摩擦撹拌接合において、ツールは円筒形をしており、プローブという突起があります。プローブの外側面にはネジが切られており、異なる材料を板厚方向で突き合わせ、高速回転するツールを押し当てます。摩擦熱で両素材が軟化し、プローブが押し入れられることで素材が混ぜ合わされ、接合することが可能です。
ツールには高い強度、耐熱性、耐摩耗性が求められるため、工具鋼で作られています。摩擦撹拌接合のメリットとデメリットを理解し、慎重に採用を検討することが重要です。
摩擦撹拌接合のメリットは、接合部の強度低下が少ないこと、変形が僅かであること、異種素材接合が可能であること、欠陥が生じにくいこと、前処理が不要であること、熟練技術が不要であることなどです。一方で、裏面側に接合不良が生じやすいこと、接合する素材の固定に剛性が必要であること、複雑な接合形状には向いていないことがデメリットとして挙げられます。
近年の世界的な環境保全や省資源の問題に対して、自動車業界では車体軽量化による燃費向上での貢献を進めています。車体の軽量化は単純に使用される金属構造材料を従来の比重の大きい鉄鋼から、比重の小さいアルミニウム合金に代替することで解決できる点が多いですが、強度が不足することと価格が高いことから現実的ではありません。
そこで、強度が必要な部分は従来通り鉄鋼材料でそれ以外の部分はアルミニウム合金と適材適所で素材を使い分けて、総合的に優れた特性を持つ部材を作る「マルチマテリアル」が有効な手段として広く使用されています。マルチマテリアルは鉄鋼とアルミニウム合金の組み合わせの割合が多い点が特徴です。この2つの異種金属の接合に摩擦撹拌接合機が使用されています。
接合方法には大きく2つあり、溶接のように熱的な高エネルギーを加えることで溶融して金属同士を接合する方法と、摩擦撹拌接合のように機械的に高エネルギーを加えることで溶融することなく塑性加工で接合する方法があります。溶接の場合、融点が大きく異なる鉄鋼とアルミニウム合金を溶融・接合させる制御が困難であり、さらに鉄とアルミニウムで構成される硬く脆い金属間化合物が形成されることも大きな課題です。
エネルギー密度が比較的低いアーク溶接では、金属間化合物の層が厚く形成されるため適用が困難ですが、指向性と密度の高いレーザーや電子ビーム溶接では層を薄くすることが可能で制御に難しさはありますが適用が可能です。一方課題としては、熱による変形が避けられないことが挙げられます。
参考文献
https://orist.jp/kenkyu-bu/kinzoku-zairyou/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspmee/4/2/4_64/_pdf
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
2024年12月の注目ランキングベスト10
注目ランキング導出方法| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | 株式会社ユタカ技研 |
20.7%
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| 2 | 株式会社日立パワーソリューションズ |
12.6%
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| 3 | 愛知産業株式会社 |
11.5%
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| 4 | 株式会社エヌティーシー |
10.3%
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| 5 | 榊原精器株式会社 |
9.2%
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| 6 | 菊川工業株式会社 |
8.0%
|
| 7 | 株式会社サワテツ |
8.0%
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| 8 | 泉メタル株式会社 |
6.9%
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| 9 | 株式会社中田製作所 |
5.7%
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| 10 | 株式会社協友製作所 |
4.6%
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注目ランキング導出方法について
注目ランキングは、2024年12月の摩擦撹拌接合ページ内でのクリックシェアを基に算出しています。クリックシェアは、対象期間内の全企業の総クリック数を各企業のクリック数で割った値を指します。社員数の規模
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