【2021年版】摩擦撹拌接合 メーカー3社一覧

摩擦撹拌接合のメーカー3社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


摩擦撹拌接合とは

摩擦攪拌接合とは、工具を高速で回転させ、摩擦熱と塑性流動を利用して異なる2つの素材を接合させる手法です。
軟化点が高い素材には向いていませんが、素材の完全な溶解までは伴わない為、熱履歴を低く抑える事が可能です。その為、溶接と比較し熱変形が少ない事が特徴です。
また異種素材同士を接合できる点が重視され、比較的新しい接合技術ですが、接合工具の形状最適化等で問題点の解決も進んでおり、近年広く活用され始めています。

摩擦撹拌接合の使用用途

アルミ合金を中心に、チタン合金やマグネシウム合金、、亜鉛などの接合で用いられます。分野として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用いられています。 異種金属を接合する場合は固有電位差から電蝕の恐れがある為、接合箇所の防水、
組み合わせる金属の選定など、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、YAGレーザ溶接と組み合わせたハイブリッド法等の開発も進んでいます。

摩擦撹拌接合の原理

摩擦攪拌接合では、ツールと呼ばれる専用の工具を用います。 ツールは直径10~20㎜程度の円筒形をしており、その一方にプローブと呼ばれる直径6㎜程度の突起があり、プローブの外側面にはネジが切られています。板厚方向で突き合わせた異なる材料に対して、突き合わせ面の上から高速回転するツールを押し当て、その際に発生する摩擦熱で両素材を軟化させ、軟化部にプローブが押し入れられる事で両素材が混ぜ合わせられ、接合されます。接合形状は点状に1点づつ接合する場合や、突き合わせ面に沿って一筆書きの要領で全周接合する場合など、用途や目的により異なります。この様な方法で接合する為、ツールには高い強度と耐熱性、耐摩耗性が求められる為、工具鋼であるSK材やSKD材で作られています。摩擦攪拌接合には次の様なメリットとデメリットがあります。

  • 素材を溶融させない為、結晶粒が維持されるので溶接と比べ接合部の強度低下が少ない
  • 熱履歴が小さい為、溶接と比較し変形が僅かである
  • 溶接では困難な異種素材接合が可能である
  • 気泡、割れなどの欠陥が生じにくい
  • 開先や表面の前処理などが不要である
  • 溶接に比べ、オペレータの熟練技術は不要である
  • 裏面側に接合不良欠陥が生じやすい
  • 接合する両素材の固定に十分な剛性が必要である
  • 複雑、微細な接合形状には向いていない

これらの特性を熟知、考慮して採用を検討しなければなりません。

摩擦撹拌接合機での異種金属接合

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。マルチマテリアルとしては鉄鋼とアルミニウム合金の組み合わせの割合が多く、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できる状況です。一方課題として、熱による変形が避けれないことが挙げられます。

摩擦撹拌接合では、鉄鋼とアルミニウム合金を溶融することなく塑性流動による機械的な接合になるため、脆い金属間化合物が形成しないメリットがあります。さらに接合界面にはナノオーダー厚さの酸化物主体の非晶質相が形成されることがあり、これが高い接着機能を果たすことで高い接合強度を得られることわかっています。 

摩擦撹拌接合の読み方

読方は「まさつかくはんせつごう」であり、英語では「Friction Stir Welding」で日本でもこれの頭文字を取った「FSW」と一般的に呼ばれる。

参考文献
https://orist.jp/kenkyu-bu/kinzoku-zairyou/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspmee/4/2/4_64/_pdf

摩擦撹拌接合のメーカー情報

摩擦撹拌接合のメーカー3社一覧


摩擦撹拌接合のメーカーランキング

社員数の規模

  1. 1 株式会社日立パワーソリューションズ
  2. 2 愛知産業株式会社
  3. 3 KUKA Japan株式会社

設立年の新しい会社

  1. 1 KUKA Japan株式会社
  2. 2 株式会社日立パワーソリューションズ
  3. 3 愛知産業株式会社

歴史のある会社

  1. 1 愛知産業株式会社
  2. 2 株式会社日立パワーソリューションズ
  3. 3 KUKA Japan株式会社

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