阪大、立体形状のアルミ・ＣＦＲＰを自動接合−車・鉄道車両の軽量化に期待

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  上部の円筒形のツールを下部の金属板に当て、摩擦熱で加熱しさらにその下のCFRP（黒い部分）を接合する

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大阪大学接合科学研究所の中田一博特任教授と永塚公彬特任助教のグループは、ロボットを使ってアルミニウム合金と熱可塑性の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を接合補助材なしに自動で直接接合することに成功した。従来の２次元だけでなく、曲面など３次元の異材接合を可能とする。軽量化が求められる自動車や高速鉄道車両などへの応用が期待できる。

ロボットの先端に装着した直径約１５ミリメートルの超硬合金の丸棒を、熱可塑性ＣＦＲＰの上に重ねたアルミ合金に当てて高速回転させる。回転による４００―６００度Ｃの摩擦熱でアルミ合金の下にあるＣＦＲＰを溶融し、合金と接合する。

破断強度は約１８メガパスカル。破断位置は接合面ではなくＣＦＲＰの母材部であるため、接合部としては十分な強度を確保できる。高張力鋼板（ハイテン）や難燃性マグネシウム合金との接合でも十分な強度を確認した。

今後は、接合ヘッドの荷重・保持システムの最適化やロボットアームの剛性強化などを図る。高強度なＣＦＲＰなどへの対応を進める。中田特任教授らは２０１５年１０月にアルミ合金などの金属部材とＣＦＲＰとの異材接合で特許を取得している。ただ従来手法では丸棒を固定して接合部材を動かすため、２次元での接合しかできなかった。産業界からは、実用的な３次元での自動接合が求められていた。

研究は新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の「革新的新構造材料等研究開発」事業の一環として行った。日立パワーソリューションズ（茨城県日立市）とトライエンジニアリング（名古屋市守山区）が協力した。

研究成果は、９月１４―１６日に群馬県渋川市で開かれる溶接学会で発表する。