材料を適材適所に利用するマルチマテリアル化に欠かせないのが、異種材料同士の接合・接着技術。多くの日本企業が手掛けるようになっているのと並行して、海外でも技術開発が進んでいる状況が分かってきた。プラスチック・ゴムの国際展示会「K2019」(2019年10月16~23日、メッセ・デュッセルドルフ)では、ドイツで開発が進むプラスチックと金属の直接接合技術の出展があった。

 特に目立った技術が2つあり、その1つはフラウンホーファー(Fraunhofer)研究機構レーザー技術研究所(ILT)を含む10社が参加したプロジェクト「FlexHyJoin」による鋼板とプラスチックの接合。もう1つはドイツの射出成形機大手のアーブルグ(Arburg)と表面処理のプラズマトリート(Plasmatreat)が共同で、コネクターを想定した成形技術。完成品は電極とコネクター本体のプラスチックが密着しており、空気や水が漏れない。

10社が参画する「FlexHyJoin」プロジェクト

 FlexHyJoinでは自動車のルーフの補強材(フィアットの小型車「パンダ」向け)を製作。その完成品の部分サンプルをフラウンホーファーがブースで出展した(図1)。完成品は、プラスチックを提供した材料メーカーのドイツ・ランクセス(LANXESS)が自社ブースで展示した(図2)。

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図1 フラウンホーファーILT(レーザー技術研究所)が出展したサンプル
金属-プラスチック直接接合に関する展示。左が腐食試験用の試験片で、接合部に影響がなかったという。右はフランホ―ファーを含めて10社が参加したプロジェクト「FlexHyJoin」で作製した、自動車の屋根用ビーム材の一部。(写真:日経 xTECH)
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図2 ドイツ・ランクセス(LANXESS)が展示した自動車の屋根の補強材
細長いプラスチック部品(ガラス繊維入りのポリアミド)の両端と中央に取り付け用の鋼板(ブラケット)を接合してある。(写真:Mari Kusakari 草刈麻里)

 ルーフの横幅に相当する長さの細長いプラスチック部品に対して、両端と中央に取り付け用の鋼板(ブラケット)を接合して製作した。プラスチックはガラス繊維入りのポリアミド(PA6、商品名Tepex Dynalite)、鋼板は欧州規格のDC04。鋼板に対してレーザーを照射して細かい凹凸を設けておき、これをプラスチック部品の所定位置に置いて熱を加え、鋼板の凹凸にプラスチックを流し込んで接合する。加熱する際の熱源は、中央ブラケットは誘導加熱、両端のブラケットはレーザー。引っ張り強さは15MPa以上になるとしている。

 プロジェクトでは生産自動化システムも開発した。レーザー処理装置、加熱装置、検査装置と一連の装置を備え、その間のワーク移送を多関節ロボットが担う。材料受け渡し口に成形済みの鋼板とプラスチック部品をセットすると、あとは自動で動作して検査済みの完成品を得られる。接合の検査は加熱装置とサーモグラフィーのカメラによるもので、接合に欠陥があれば画像に現れるとみられる。量産への適用を目指し、自動化システムにより品質の確保と生産コストの低減を図った。

 FlexHyJoinは、EU(欧州連合)の開発プロジェクトとして実施したプロジェクト。イタリア・フィアット中央研究所(Centro Ricerche Fiat)や、レーザー樹脂溶着装置のスイス・ライスター(Leister)などの他、ドイツ、スペインからも企業が参加している。

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