【2021年版】摩擦圧接機 メーカー4社・13製品一覧

摩擦圧接機のメーカー4社・13製品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


摩擦圧接機とは

二つの物体を摩擦熱によって加熱接合する温度にし、圧接を行う高圧圧接法でその一連の接合を行う機械です。

金属材料や樹脂接合で使用されますが、非金属のチタンやモリブデンは難しいとされています。

溶接法の一種で、当初は実績がなく導入に慎重な姿勢をとり、全数試験や抜き取り試験など数多く実施したところ、従来のフラッシュ溶接より品質、バラツキ、精度ともに優れていたため、導入される事となりました。

バリ取り装置も摩擦圧接機に装備していて、バリが軟化した状態なので除去がしやすい利点があります。

摩擦圧接機の使用用途

当初は自動車業界における、圧縮接手が目的でありましたが、現在は航空機や機械部品、スポーツ用品から宇宙開発においても使用されています。

ステアリングシャフト、エンジンバルブ、フロントドライブ部品などに使用されています。

切削工具部品の電動ビット、ドリルやラチェットレンチ作成で使用されます。

機械部品では油圧シリンダーピストンロッドやミシン外カマやボールネジ作成で使用されます。

その他油圧空圧配管部品のジョイント部分の加工や電気配線部品の差動トランス、ゴルフクラブのアイアンヘッド加工で使用されています。

摩擦圧接機の原理

二つの圧接しようとする物体に垂直に突き合わせ、加圧と回転運動による摩擦熱を発生させ、接合可能温度まで上昇させた後、運動を急停止し圧接を行います。

回転運動の急停止とアプセット圧力(高圧力)の瞬間的な付加が重要とされます。

その理由として圧接部の回転減速によるねじり破損の防止と、アプセット過程の高温状態の維持を目的としています。

  • 定速式摩擦圧接法
    2つの圧接したい物体を突き合わせ加圧し、一方または双方を回転させる事で摩擦熱を発生させ接合、急停止とアプセットを行います。
  • 築勢式摩擦圧接法
    回転軸となるはずみ車に回転エネルギーを蓄積し、摩擦によってこのエネルギーが消費され停止時に圧接される方法で、ブレーキ機構は備えていません。

摩擦圧接された部分は元の素材部分より引張強さが強固になります。
この現象を原子間引力と呼ばれます。

バリ取りは圧接したい2つの物体双方を回転させる2軸回転式の摩擦圧接法において、バリが発生する場所に刃物を設置し、摩擦発生中に高温切削される仕組みです。

摩擦圧接機の欠陥発生

摩擦圧接は、アークやレーザーなどの他の溶接法と異なり接合部に引け巣やブローホールなどの溶接欠陥の発生リスクがなく、さらに再現性が高いため一度適正な加工条件が決まれば、高品質な接合部を安定的に作製することが可能です。

摩擦圧接に欠陥がほとんど生じない理由は、基本的に材料の融点以下の固相状態で接合するので凝固収縮などの熱歪が少ない点、またシールドガスやフラックスなどの汚染要因の巻き込みがない点になります。 

摩擦圧接機のデメリット

摩擦圧接機では、「限られた形状」、「高負荷」、「後工程が必要」の3つがデメリットになります。

限られた形状
充分な接触面を確保でき、さらに回転により均一な摩擦の発生が必要となるため、円筒などのシンプルな形状でしか品質の高い圧接ができません。角の多い複雑な形状や、非対称なものは他の接合方法を検討する必要があります。

高負荷
高い摩擦熱と圧力で接合するため被接合材には高負荷が掛かるため、室温だけでなく摩擦面近傍では高温強度も求めら、さらに靭性が低い材料では圧接中に破壊する危険性があるため高負荷に耐えられる材料限られます。破壊した場合に破片が飛散し、装置を破壊したり作業員が怪我をするリスクがあるので注意が必要です。

後工程が必要
摩擦圧接部ではバリが生じてしまうため、後工程で除去する必要があり生産コストが上がってしまうデメリットがあります。 

摩擦圧接機での異種金属接合

摩擦圧接機では、溶融を伴う溶接では困難だった鉄鋼とアルミニウム合金のような異種金属の接合も可能です。理由は、摩擦熱により軟化した金属同士を溶かさずに固相のまま接合するため混合層が薄く、硬くて脆い金属間化合物が生成しないためです。鉄鋼やアルミニウム合金はもちろん、ステンレスや、チタン合金まで多種多少な金属材料の接合が可能です。

異種金属の接合のメリットは部品に適材適所の性能を付与することが出来る点で、強度が必要な部分は鉄鋼を用い、その他の部分はアルミニウム合金を用いることで、全体として軽量化できます。同様に、チタン合金のような高価な金属材料を必要な部分にだけ利用し、その他の部分は安価な鉄鋼材料を利用して、全体としてコストダウンするという活用方法もあります。 

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/qjjws1943/54/4/54_4_218/_article/-char/ja/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/qjjws1943/36/6/36_6_628/_pdf/-char/ja
https://www.jstage.jst.go.jp/article/qjjws1943/36/12/36_12_1275/_pdf/-char/ja
https://www.jstage.jst.go.jp/article/qjjws1943/41/1/41_1_8/_pdf
http://www.izumi-mfg.co.jp/fw/examples/index_2_1.html
https://engineer-education.com/production-engineering-36_friction-welding_machining-condition/
http://kinzoku-assetsu.net/

摩擦圧接機のメーカー情報

摩擦圧接機のメーカー4社一覧


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