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 異種材料接合(異材接合)のビジネスチャンスが大きく広がり始めた。締結要素や溶接を使わずに、異なる2つの材料を強固にくっつける接合技術だ。ユーザーが期待する最も大きなニーズに軽量化がある。鋼をはじめとする重い金属で構成された部品や材料を、より軽い材料で置き換えて製品全体の質量の軽減を図る。ここで、異種材料接合が必要になる。特に、燃費規制や二酸化炭素排出規制が厳しい自動車分野で軽量化ニーズを求める声が大きい。

 図1は、エンジンの周辺部品である吸気ダクト。強度と剛性が求められる硬い部品と、ある程度自由に曲げられる柔らかい部品とで構成された部分に異種材料接合を採用した。東洋紡が開発した異種材料接合技術を使い、ある自動車部品メーカーが量産しているものだ。

図1 自動車用エンジンの吸気ダクト
図1 自動車用エンジンの吸気ダクト
オールプラスチックで軽くした。国内の自動車メーカーが量産車に採用した。(写真:日経 xTECH)
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オールプラスチック製で10%以上の軽量化

 従来は硬い部品にアルミニウム(Al)合金を、柔らかい部分にゴムを使っていた。これに対し、新しい吸気ダクトは硬い部品をポリブチレンテレフタレート(PBT)に、柔らかい部品を、ポリエステル系熱可塑性エラストマー(ポリエステルエラストマー;TPC)に置き換えた(図2)。いわゆる「オールプラスチック化」により軽くしたのだ。具体的な数値は不明だが、10%以上の軽量化を実現したとみられる。

 硬い部品は強度と剛性に加えて耐熱性を要する。そこで、融点が225℃で150~180℃の高温に耐えるPBTを選択した。耐熱性プラスチックとしてよく使われるポリアミド(PA)6やPA66とは異なり、吸水しにくいことから寸法が安定するという利点もある。一方、柔らかい部品には、重合ノウハウを生かして150℃までの熱に耐えるTPCを使用している。

 吸気ダクトの製造工程はシンプルだ。硬いPBT製部品と柔らかいTPC製部品をそれぞれ射出成形で加工した後、溶着工程で2つの部品をくっつけるだけ。溶着工程では、両部品とも端面(接合面)だけを融点以上に加熱して溶かし、圧力を加えて押し付ける。後は自然に任せて冷却すれば部品同士が強く接合し、吸気ダクトが出来上がる。

図2 吸気ダクトの構造
図2 吸気ダクトの構造
硬い部品にPBTを、柔らかい部品にTPCを採用し、両部品を異種材料接合で強固にくっつけた。従来は硬い部品にAl合金を、柔らかい部品にゴムを使っていた。(写真:日経 xTECH)
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