日東制機株式会社　摩擦圧接とは？

					\| International Contact

HOME	\| 摩擦圧接とは？	\| 圧接プロセス	\| 製品情報	\| オプション	\| 特殊マシン	\| 接合適用例
接合組合せ	\| お見積り	\| 保守点検	\| 会社概要	\| 交通アクセス	\| ｻｲﾄ利用方法

摩擦圧接とは？

摩擦圧接の歴史 ⇒
摩擦圧接の原理 ⇒
摩擦圧接の特徴 ⇒
摩擦圧接の優れた長所 ⇒
摩擦圧接の性質と効果 ⇒
他工法との比較 ⇒		摩擦圧接の用語について⇒
素材形状の必要条件 ⇒		リーフレット　摩擦圧接の優れた特徴
		リーフレット　摩擦圧接の応用例
		リーフレット　他工法との生産性比較

■摩擦圧接の歴史

人間は木の棒を接触回転させて摩擦熱を発生させ火を起こすことから技術発展の始まりました。
物質同士の接触による摩擦熱を有効利用し金属を接合するのが摩擦圧接です。
1954年に旧ソ連の旋盤工A.I.Chudikovが摩擦圧接実験に成功し1956年頃からVNIIESO（旧ソ連邦電気溶接研究所）にて研究開発が進められ1961年にはBWRA（イギリス溶接研究所協会）や日本においても研究開発が始まり1960年代中頃から実用化され現在に至っています。

■摩擦圧接の原理

	金属結晶は規則的に配列している原子で構成されており、正電荷の原子核の周りを負電荷の原子雲と呼ばれる自由電子が雲のように包んでいます。負電荷の原子雲は正電荷の原子核と電気的に引き合っています。一方、原子核同士は正電荷同士のため電気的に反発し合うことになります。つまり、引力と斥力（反発力）が同時に作用しています。（図１参照）理論上、別個の金属結晶を清浄な面同士を接触させて、強い圧力で原子位置をＢより近づけて斥力と引力が平衡状態にあるときに完全な接合状態となります。しかしながら、一般に金属表面には酸化皮膜や汚れ・吸着ガスなどがあり、この酸化皮膜の層が存在するため結合するほど原子位置が近づくことは出来ません。この酸化皮膜の層を完全に除去することが出来れば金属同士は結合することが出来ることになります。摩擦圧接の場合、これらの層を摩擦工程中にバリとして外部へ排出することができ、さらに高温・高加圧することで結晶粒が微細化され完全な結合が可能となります。（図２参照）
	（図１）金属結晶	（図２）原子間距離と原子間の力の関係

■摩擦圧接の特徴

摩擦圧接法の特徴として
　 ①接合される端面においてのみ発熱する
　 ②接合面では激しい塑性流動を伴いながら接合が行われる
という二つがあげられます。
このことから、例えばアーク溶接の場合熱損失は約５０％であるが摩擦圧接の場合、ほとんど熱損失は無く、ほぼ１００％接合に有効利用されることとなります。
フラッシュバット接合やアプセット溶接の場合、母材を通じて接合部に電流が流れるため母材中に抵抗熱が発生し大きな熱損失となり熱影響部が大きく座掘の原因となってしまいます。
摩擦圧接の場合、接合面以外からの熱の発生は無く、熱損失も少ない。
また、激しい塑性流動は接合部の温度を過度に上昇させることが無く、結晶粒の粗大化や金属間化合物の生成を抑制すると言う効果もあり高品質の接合強度が得られる理想的な接合法です。

■摩擦圧接の優れた長所

高品質な接合強度
	接合に悪影響とされる突き合せ面の酸化物や吸着物は摩擦発熱中に接合面よりバリとなって外部へ押し出され、さらに強圧力をかけることによって強力な接合を実現します。引張り強さは各母材より強く、破断する場合母材にて破断します。

　異種金属、非鉄金属の接合が可能

従来接合不可能とされていた異種金属、非鉄金属を接合する事が出来ます。また、鍛造品、鋳造品、プレス加工品など異なる加工品の組み合わせも可能です。但し、素材の組み合せによって接合出来ない物があります。

異種金属適合表はこちらから ⇒

　磁性体×非磁性体（ソレノイド鉄芯など）

　電導材×非電導材（センサーなど）

　一体鍛造　→　一部鍛造×安価材
　　　　　　　　　　　（金型費コストダウン）
　　　　　　　　　　　（材料費コストダウン）

　材料費の節約、工数の低減を実現

　安価材×高価材（材料コストダウン）

　防錆材×安価材（攪拌機シャフトなど耐食性確保）

　耐衝撃材×安価材（材料コストダウン）

他の溶接法で必要となる開先加工、嵌合加工、突き合せ面加工等が不要である事と、異素材の接合が可能なため高価材料を必要な部分だけ使用することにより素材コストの低減が図れます。

　省エネルギーで環境低負荷型の接合

摩擦圧接は素材同士の突き合せ面にて発生する摩擦熱を有効利用するためエネルギー効率が高いので、抵抗溶接と比べ短時間で接合でき、かつ電気容量は1/5～1/20に抑える事ができます。
また、溶接棒や溶剤、ガス等が不要であるためランニングコストを大幅に低減すると共にスパッタ・ヒューム・煙の発生が無いため、人にも環境にもやさしい環境低負荷型の接合法です。

■摩擦圧接の性質と効果

性　　　質		効　　　果
母材同等の接合強度が得られる安定した接合品質が得られる	⇒	高品質な接合品質が得られる
異種の金属の接合が可能である	⇒	優れた性能の製品が得られる高価材料の材料コストが低減できる
接合面以外での熱影響が少ない	⇒	歪みが少なく高い寸法精度が得られる
少ない部材で接合が可能	⇒	材料コストの低減、省資源化工数の低減
接合に伴うエネルギー効率が高い	⇒	省エネルギー化
溶接棒や盛金、ガス等が不要	⇒	ランニングコストの低減
スパッタ・ヒュームが発生しない火花・煙の発生が極僅か振動・騒音が極めて少ない	⇒	人体への影響が無く作業環境が良好である
製品の中空化が可能	⇒	製品の軽量化が可能省エネルギー化
マシン操作が容易で接合結果の再現性がある	⇒	熟練を必要とせず品質の安定が得られる自動化がし易く一貫ラインの編成が可能

スパッタ････････	ガス溶接、アーク溶接時に飛散する微粒子。粒径は、約1μm～数mm。塗装欠陥などの原因になり品質に悪影響を与える。スパッタが大量に出る光景は、自動車のボディ溶接を紹介する映像でよく見られる光景であるが、スパッタは電極を押し付ける力を弱め、溶接品質低下の要因ともなる。
ヒューム････････	溶接作業などで発生した金属蒸気が凝集して微細な粒子となったもの。長時間吸入することにより金属ヒューム熱と呼ばれる症状を引き起こす。職業性疾病に分類され、咳、胸部圧迫感、口渇、知覚異常、発熱などを発症し、肺水腫になることもある。

■他工法との比較

従来の工法	問題点		摩擦圧接導入後の効果
アーク溶接	熱変形による不良ピンホールの発生スパッタ・ヒュームの発生 CO2の排出量が多い	⇒	熱影響の低減作業環境の改善 CO2の排出が極めて少ない
フラッシュバット溶接	接合強度不足熱影響が大きく座掘する接合品質のバラツキ	⇒	接合強度の確保安定した品質の確保
一体鍛造	金型費コスト高	⇒	部分鍛造による金型費の低減
一体物からの削り出し	材料費コスト高機械加工費コスト高（重切削）製品重量が重い切屑処理	⇒	材料費の低減機械加工コスト低減中空化による軽量化切屑処理が不要

■素材形状の必要条件

少なくとも一方の接合面は円形断面でなければならない。
高速回転や高推力に耐えうる部材でなければならない。


中実丸棒形状	パイプ形状	球形状

参考文献）摩擦圧接協会編「摩擦接合技術」日刊工業新聞社
書籍情報のページ	excite.ブックスブックストップ > 書籍情報 > 摩擦接合技術
	Amazon. > 本 > 科学・テクノロジー > 金属・鉱学 > 摩擦接合技術

このページのトップへ

	日東制機株式会社〒470-0162　愛知県愛知郡東郷町大字春木字追分72番地 TEL: 0561-38-5331 / FAX: 0561-38-5865 E-mail: nitto@mb.ccnw.ne.jp	NITTO SEIKI CO.,LTD. No.72, Oiwake, Haruki, Togo, T, Aichi-Gun, Aichi-Pref, 470-0162 JAPAN TEL: +81-561-38-5331 / FAX: +81-561-38-5865 E-mail: nitto@mb.ccnw.ne.jp