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金属とコンポジット材の接合が確実にする、ライスターのレーザー溶着技術

  • 2019/06/29
  • Motor Fan illustrated編集部
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欧州の実証実験で試作された熱可塑性樹脂と金属の溶着による、クルマの構造材の樹脂化プロジェクトで製作された試作品。金属表面が焼けているのはレーザーを当てたからで、裏側の樹脂が溶けて溶着される。

クルマのボディは鋼板で出来ている。材料置換により樹脂やアルミ合金が使われるようになってきたが、それは同時に異素材の接合という問題を生じさせている。その解決策のひとつを人とくるまのテクノロジー展で見つけた。

TEXT&PHOTO:高根 英幸(Hideyuki TAKANE)

 摩擦熱を利用した摩擦かく拌接合(Friction Stir Welding )技術は一般的だが、スチールとアルミ合金の異なる金属同士の接合では、充分な接合強度を確保するのが難しく、いまもまだ確実に接合する手段が模索されている(もちろん、電位差による電食にも注意も必要だが)。そのなかで、ボルトナットやリベットによる締結以外では、接着剤を用いるのが一般的。それが金属と樹脂の接合となれば、なおのことだ。

 接着剤は接合面積が広いことから、ボルトナットよりも締結強度を得られるが、接着剤を塗布して接合し、硬化時間を要するなど生産性に課題がある。

 スイスに本社を置く、ライスター・テクノロジーズ社のレーザー溶着技術「LEISTER」は、コンポジット材のマトリクスである樹脂にレーザーを当てることで溶かし、金属と溶着させるというもの。すでに欧州では実証実験を行ない、ルーフのクロスメンバーをGFRPで製作し、サイドメンバーとのボルト締結のためにブラケットをレーザー溶着させることにより、従来比30%もの軽量化を実現できたそうだ。

 本来は半透明な樹脂の表面からレーザーを当て、裏側に当てた金属板と溶着させるのだが、実験では黒色の樹脂を用いたため金属板表面にレーザーを当て、金属板の発熱により樹脂を溶かし溶着させていた。

 この技術が導入されれば、GFRPなどのコンポジット材を車体の骨格に使うことが容易になる。クルマの軽量化、低重心化がいっそう進められることになりそうだ。

FRTP製ルーフクロスメンバーの端部に金属製のブラケットを置き、上からラインレーザーを照射して溶着させる。
レーザー溶着によるリアコンビネーションランプの組み立て。ライスター・テクノロジーズは熱可塑性樹脂の溶着技術で70年もの歴史を誇っているらしい。

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