溶接業界に大変革 溶接せずに金属を接合する新たな手法で特許取得 低コストでCO2削減

富山県産業技術研究開発センター(高岡市)は、アルミニウムと他の金属を接合する新たな技術を開発し、国内の特許を取得したことを読売新聞オンラインが22年8月21日伝えている。

金属を溶かさず、たたいて接合することで高い強度を保つこの技術は、二酸化炭素(CO2)の排出量削減に向けて、自動車業界では車体や部品の軽量化が求められており、今後の活用が期待される。

金属を接合する場合、従来は金属を溶かして接合する「溶接」が一般的だった。しかし、異なる金属を接合する場合は、溶接した部分に化合物の層ができ強度が弱くなるという欠点があった。同センターが開発した新たな金属接合技術は「 鍛接たんせつ 法」と呼ばれ、金属を溶かさず、300~400度程度の比較的低温の熱を加え、たたいて接合する。この技術、接合部の化合物の層は、1ミリの100万分の1レベルまで薄くでき、高い強度が保てる。

また、接合する時間は0・1秒以下と短時間で、町工場にある一般的なプレス機で加圧できるため、コストも抑えられる。鉄や銅、チタンなど様々な金属とアルミの接合ができる。

新たな金属接合技術は、主に自動車業界での活用が想定され、自動車の車体は鉄が主流だが、アルミは鉄の3分の1の軽さで加工しやすく、比較的安価だ。少ないエネルギーで車を動かせば、CO2排出量を減らせるため、業界では車体を軽くするというニーズが高まっている。

さらに、重くて高価な銅に代わり、アルミを組み合わせてバッテリーの端子を作ることも可能だ。電気自動車(EV)や、水素を動力源とする燃料電池車(FCV)などの開発に欠かせない技術になる可能性がある。

この技術の研究は2008年頃から始め、10年以上経て日の目を見た。同センターは、すでに自動車関連の複数企業と共同研究を進めており、技術の活用方法を検討している。9月には米国や欧州、中国、韓国で関連の特許出願をする予定だという。

アルミは富山県の基幹産業で、アルミの用途が様々な分野に広がることも期待される。開発を担った同センターの山岸英樹・副主幹研究員は「脱炭素に向け、自動車産業の新たな基盤技術になる。使いやすい技術なので、町工場で作る身の回りの日用品の製造にも活用できるだろう」と話している。

革新的な異種金属接合技術「鍛接法」の基本特許の国内特許査定(権利化)について。(富山県HPより引用)

名称:「金属接合方法」
発明者:山岸 英樹 他2名
出願番号:日本国特許 特願2017-243612
特許査定日:令和4年7月5日

概要:カーボンニュートラルに向けて自動車などモビリティの電動化・水素化が急速に進む中、軽量化や機能化のため、車体や電気部品など様々な製品形態に応じた異種金属接合技術の確立が極めて重要な課題となっています。

しかしながら、従来一般に適用されている抵抗溶接法やレーザ溶接法などの溶融溶接法(材料を溶かす手法、液相)で異種金属の接合を行う際は、溶接時の高温による化学反応のために多くの金属の組合せで脆弱な金属間化合物(Intermetallic compound: IMC)が容易に生成、成長してしまい、実用的な接合強度を得られない問題が生じます。例えば鉄鋼とアルミニウム合金の組合せの場合、これらの接合により生成される金属間化合物層の厚さがわずか1μm(1mmの1000分の1)程度であっても、その強度が著しく低下することが知られています。

このため材料を溶かさない固相での様々な接合法が、化合物層の成長抑制のために試みられていますが、加工時間が長いなどの低い生産性や、あるいはそもそも接合強度が低いなどの点で、多くの場合実用化に十分な異材接合法とはなっていません。

本発明は、異なる金属の接合を、加圧により大変形を付与する(接合面積を広げる)と同時に溶かさずに低温で行うことで、この反応層の厚みをナノメートルオーダー(1mmの100万分の1)に抑え込み、接合部の強度が低下する問題を根本的に解決しました(反応層を無害化:IMCフリー)。また瞬時に成形と同時に接合を実現できるため、非常に生産性が高いマルチマテリアル技術となります。

当該技術を用いることで、例えば自動車の車体軽量化や電動車等の駆動用コンポーネントなどの高機能化が実現できることから、既に複数企業と共同研究を進め周辺特許の整備も進めています。

本法は、従来のものづくり(生産技術)における材料制限や生産性を打ち破る次世代の高速・高強度異材接合法として幅広い製品への活用が期待されます。


【オリジナル記事・引用元・参照】
https://www.yomiuri.co.jp/local/toyama/news/20220820-OYTNT50111/
https://you1news.com/archives/63110.html
https://www.pref.toyama.jp/1301/20220808_tokkyo.html

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