アルミニウムと異種材料接合の基礎
大阪大学 名誉教授
大阪大学 接合科学研究所 特任教授
中田 一博
低温接合技術シンポジウム
一般社団法人軽金属溶接協会
２０１７年１１月２２日

講 演 内 容
1. 異材接合の目的
2. 異材接合技術への期待
3. 金属材料における異材接合の可能性
4. 第２世代異種材料接合
・アルミニウム／鉄の異材接合の現状
溶融溶接、ブレーズ溶接、固相接合(FSW等）
・その他の異材接合組み合わせ例

5. 第3世代異種材料接合・金属／樹脂・CFRPの異材接合

現状と課題の俯瞰異種材料接合の目的：
異なる機能を有する材料を適材適所で使用し、部材の高機能化、多機能化、ハイブリッド機能化による高付加価値化と低級材料の代替によるコスト削減を図る

マルチマテリアル化
材料：構造用材料
金属、高分子（樹脂）、セラミックス（ガラス）（複合材料、生体材料、半導体 ）異種材料接合技術

代表的な構造用金属材料とその機能
材料機能

構造用金属材料

軽量性

ハイテン鋼、アルミ合金、マグネ合金、チタン合金、（樹脂、ＣＦＲＰ）

耐熱性

ニッケル基合金、チタン合金、CrMo鋼

耐低温性(靭性) アルミ合金、ステンレス鋼、インバー合金
耐食性

チタン、ステンレス鋼、銅合金、タンタル

熱伝導性アルミ合金、銅

電気伝導性アルミ合金、銅(中田作成）

自動車の軽量化：燃費と排ガス対策
上部構造：車体（ボディー）：①高強度鋼による薄肉化：ハイテン鋼薄板②軽量非鉄金属：アルミ合金、（マグネ合金）③樹脂材料：ＣＦＲＰ （ＢＭＷのi3、i8)

強度、加工性、軽量性、（コスト）を考慮した
マルチマテリアル化 BMWの7シリーズ
異種材料接合の組合せ：①鉄鋼／アルミ合金②アルミ合金／樹脂・ＣＦＲＰ
平成２３年度NEDO調査（2012.3）｢省エネルギー社会構築に向けた異種材料接合技術開発動向調査」
アンケート結果

ベンツS-Class車体:Euro Car Body 2013

異種材料接合技術の現状
異種材料接合の組み合わせ：・第1世代：同種金属基（合金）：既に実用化
鉄鋼材料同士等

未解決課題の解決とさらなる適用拡大

・第２世代：異種金属（合金）：困難（実用化は極一部）
鉄鋼／非鉄（Ａｌ,Ｍｇ,Ｔｉ等）、非鉄／非鉄

・第3世代：異種材料：困難（実用化は極一部）
金属／樹脂／セラミックス

斬新なアイデア、先進的・革新的な研究開発(中田作成）

溶接・接合法の分類と種類
溶融溶接

溶接・接合
固相接合

アーク溶接

ティグ溶接
ミグ・マグ溶接
プラズマアーク溶接

抵抗溶接

スポット溶接シーム溶接
プロジェクション溶接
フラッシュバット溶接

高エネルギー
ビーム溶接

レーザビーム溶接
電子ビーム溶接

拡散接合
摩擦圧接
摩擦撹拌接合（FSW)
爆発圧接
超音波圧接
熱間・冷間圧接

ろう接
接着
機械的接合（かしめ、リベット、ボルト）マルチマテリアル化にはマルチ接合プロセスが必須
マルチマテリアル化：Bently Bentayga (SUV,2015.9)の例
ホワイトボディーのアルミ／スチール使用比率：50.8％／49.2％
・アルミシート：32.6％
・アルミ高圧鋳造材：12.5％
・アルミ押出材：5.7％
・先進高張力鋼（AHSS)：18.4％・高張力鋼：14.7％
・熱間成形鋼(PHS):8.3%
・軟鋼(LSS):7.8%

接合プロセスのマルチ化：
・抵抗スポット溶接：スチール・レーザ溶接：アルミ・ミグ溶接：アルミ・マグ溶接：スチール・スタッド溶接：アルミ、スチール・摩擦撹拌接合FSW:アルミ／スチール異材継手・機械的締結：ドリルスクリュー、中空リベット、ヘミング、・接着：

Bently Bentayga：
EuroCarBody 2016
FOURIN誌、No.35
2017.2参照

接合プロセスの異材接合への適用性
接合プロセス

異種材料の組み合わせ
異種 金属／樹脂
金属／セラミックス
金属基 金属／CFRP
△××
△
△*×○
◎*
×
◎
×
◎
○××
○△×
◎
◎*×
◎
◎
◎

同種金属基
アーク溶接
◎
溶融溶接 抵抗スポット溶接◎レーザ溶接
◎
ろう接
ろう付
◎
拡散接合
◎
固相接合
圧接
◎ＦＳＷ
◎
接着
接着剤
◎機械的 リベット、ボルト、◎◎◎△
締結かしめ
異材接合の可能性：◎高い、○材料に大きく依存、△低い、×不可、*特別な手法(中田作成）

同種金属基でも成形加工プロセスの異なる部材の接合性
部材
溶融溶接性
固相接合（FSW)性
圧延材
◎◎
押出材
◎◎
鍛造材
◎◎
鋳造材
○
◎
高圧鋳造
△
◎
（ダイカスト）材
粉末焼結材
×◎
複合材
×
○
発泡・ポーラス材
×△
強塑性加工材×○◎容易、○要注意、△困難、×不可(中田作成）

異材接合：材料素材の組み合わせ＋成形加工の組み合わせ両方を考慮する必要がある

金属材料における異種材料接合の可能性

平衡状態図から分かる金属材料の異種材料接合の可能性
接合界面組織が固溶体か、金属間化合物かで接合性が決まる

温度

温度

液相

液相

固溶体

固溶体

Ni

Cu

固溶体

Cu
(b) ２相分離 Fe-Cu

Mg(c) 一部固溶体＋金属間化合物 Al-Mg

液相FeAl

温度

温度(a) 全率固溶体 Cu-Ni

金属間化合物

Fe

固溶体

液相金属間化合物
Al(d)一部固溶体＋金属間化合物 Fe-Al

状態図と関連づけた異材接合の可能性(レーザ溶接、AWS)
AgAl

Au

BeCoCuFeMg

MoNbNi

Pt

ReSn

TaTi

Al2Au

15Be

525Co

3525Cu22

152Fe352522Mg

5255553Mo35255323Nb

454552541Ni

2

51

5112

555Pt

25151115251Re

344513545532Sn225352

5535553Ta55455354115555Ti

255555531155551W3545535311515312Zr

5555555351555521W

平衡状態図的にはAl/FeやTi/Feの溶接は不可能

51:溶接可能（固溶体形成）2:ほぼ溶接可能（複雑な組織形成）3:溶接には注意が必要（溶接に関するデータが不十分）4:溶接には極めて注意が必要（信頼できるデータ無し），5:溶接不可能（金属間化合物形成）*)Welding handbook, Vol.2, 8th edition, America Welding Society, Miami, FL, 1991

第１世代：同種金属基（合金）・同じ種類の金属とその合金のグループ同士の異種材料接合
・主に鉄鋼材料において、古くから実用化・溶接施工法等がほぼ確立、整備
・炭素鋼／合金鋼／ステンレス鋼など
・アルミニウム合金同士
・溶接材料・溶接法･溶接条件の最適化

第２世代：異種金属基（合金）・異なる種類の金属とその合金間の異種材料接合・金属の種類の組合せにより実用化の程度は大きく異なる

・最もニーズの大きい組合せ：
鉄鋼／アルミニウム合金
残念ながら状態図上では極めて困難な組合せ
古くから開発研究が継続されてきた

鋼板／Al合金の異材接合：機械的締結と接着剤：間接的接合法

日経ものづくり2016.6月号より

Al / Fe異材接合プロセスと、直接接合が可能な接合界面構造（過去の文献等からの取り纏め結果）
接合プロセス
溶融溶接
高温反応

抵抗溶接
ろう付

拡散接合

低温反応
塑性流動現象

圧接
摩擦圧接
超音波
爆接

FSW

接合界面構造・高温反応のため金属間化合物層形成
・金属間化合物層の厚さが支配因子
・数μm（1μm）以下で良好な継手強度・金属間化合物層がSEM程度では認められない・界面にアモルファス層形成(数nm〜数十nm厚さ,酸化物層)
・化合物との複合層(中田作成）

アルミ／鉄の拡散接合の例（高温反応プロセス）
固相接合であるが、融点直下の高温の、真空中で長時間加熱接合継手強度(MPa)・金属間化合物層形成
・金属間化合物層厚さが継手強度の支配因子

200150・金属間化合物層厚さ
1〜２μmで最高強度

100・これより薄いと低下（接触部が不均一）

50・これより厚いと低下（金属間化合物層内破断）

0012345

接合界面反応層の厚さ(μm)

黒田ら；溶接学会論文集，
17(1999),484

レーザ溶接の例（高温反応プロセス）
突合せ継手：レーザ照射置をAl側としAlのみ溶融

Al合金

重ね継手：レーザ照射位置を鋼板裏面とし、鋼板からの間接加熱でAlのみ溶融

鋼

鋼

溶融部

Al合金

鋼

Al合金

鋼

金属間化合物層

金属間化合物層

M.Kreimeyer:Schw. & Schen
2002,DVS220,256.

Al合金

F.Wagner:
ICALEO
2001,C,1301

Al合金/Steel異材接合継手の断面マクロおよびミクロ組織ミグアークブレーズ溶接重ね継手(ろう接の一種)
母材よりも融点の低いろう材を用いて、できるだけ母材を溶融しないで溶接する
継手：アルミA1050/炭素鋼SPCC
溶加材ワイヤ（フラックス内蔵）
BA4047(Al-12％Si合金)

A1050／SPCCの外観

断面
FeAlSi
３元系化合物
FeAl２元系化合物
接合界面ミクロ組織

1~3mm厚さでAl母材破断
T.Murakami, K.Nakata et al:ISIJ Int.43(2003)1596.

Zn-Si溶加材の出現とレーザブレージングによるアルミ合金／亜鉛めっき鋼板の異材接合

半導体レーザ、フレア継手
GA鋼板／6022Al合金

Zn-6%Al溶加材 Zn-1%Si溶加材
ろう付部破断Al合金母材破断
ピール試験後の継手断面

Fe-Al化合物
厚さ10mm（ホンダエンジニアリング）(脇坂、鈴木:溶接学会論文集、30(2012)274-279)

Fe3Al2Si3化合物
厚さ100nm程度
a-Fe／結晶整合性良好金属の塑性流動利用の固相接合ー摩擦攪拌接合FSW
動作ビデオ
押さえジグ

回転ツール

突合せ開先

プローブ

アルミ板

裏当金

被接合材:アルミ合金板、板厚6mm

FSWによるAl合金／鉄鋼の異種材料接合の提案
・回転プローブによる接合界面の清浄化／活性化
・低温・短時間接合と金属の塑性流動の活用
接合部断面とピン挿入位置(a)突合せ継手(b)重ね継手

プローブ

鋼

アルミニウムアルミニウム鋼
接合界面
岡村ら：溶接学会誌72(2003)436.

接合界面
岡本ら：軽金属溶接 42(2004)49.

鋼板とAl合金のFSWによる直接異種材料接合
実用化例:ホンダ
・日経ものづくり2012年10月、18-19
・佐山：軽金属溶接、52（2014）1,3-9.

サブフレーム

重ね継手への展開
FSW接合部
サイドメンバアッパー

サイドメンバロア
フロントメンバ

Alダイカスト合金
リヤメンバ

FSW
回転ツール

FSW

接合部

FSW
サイドメンバアッパー
サイドメンバ ロア

亜鉛めっき鋼板
FSW回転ツールと重ね接合部((株)本田技術研究所ご提供）

第２世代異種材料接合
その他の組み合わせ例
・ アルミニウム／チタン
・ アルミニウム／マグネシウム
・ 鉄／チタンレーザ溶接によるアルミ／チタンの異材組合せ例
液相
Ti融点
1670℃

温度

TiAl3

TiAl

660℃

Ti3Al

継手引張強度(MPa)

210
200

A6061／Ti6Al4V
板厚2ｍｍ、突合せ継手
ファイバーレーザ溶接
4kW,4m/min,
ビーム径0.48mm

Al

180

Offset
0.8mm

170

0.3
0.4
0.5
IMC層厚さ(μm)

狙い位置:1mmアルミ側へ(b)(a)
Ti6Al4V

Z. Song, K.Nakata, Materials Science& Engineering A 560 (2013) 111–120

Offset0.9mm

1900.2

Ti

Offset
1.0mm

A6061
Fusionzone

Fusionzone

Ti6Al4V
IMC layer

A6061

0.6

TIG溶接によるアルミ／チタン溶接例(赤星工業㈱)継手：A6061-T6／CP-Ti
板厚2mm
AC-TIG 溶接、溶加材:5356

A6061

Ti

WM

継手引張試験：Al合金HAZ破断

IMC 層:
TiAl,Ti3Al
継手断面組織IMC層厚さ：約2mｍ
畠山、榎本、中田：Proc.10thTrends
in Welding Research,2016,300-303

溶接継手型曲げ試験後の外観

アルミニウム／マグネシウム異材接合（ △Ti6Al4V/A6063 は参照データ）:MIG (AZX611/A6N01):Laser (AZ31/A6061):FSW (AZ31/A5083):FSW(難燃Mg/6N01):Laser (Ti6Al4V/A6063):Laser (AZ31/A6061)
接合不可(溶接割れ発生)

継手引張強度 / MPa

2502001501005000.1(IMC)AlMg
低融点共晶反応とIMC相による溶接割れと脆化
WM

WM
A6N01

AZX611

板厚3mm約80μm

MIG溶接部断面組織

IMC層厚さと継手強度（中田ら）

A6061
IMC110100
IMC層厚さ / μm

AZ31 WM
WM

IMC

AZ31約25μm

AZX611
HAZ

レーザ溶接部断面組織

溶融溶接は困難、固相接合に可能性あり

Al合金／Mg合金のFSW継手強度報告解説（2002-2017）

170~180MPa台の継手強度が得られるが接合条件範囲は限定される

AlとMgが複雑に混合した界面組織形態と薄いIMC層厚さが高い継手強度に有効

代表的なFSW異材継手断面組織形態

L.H.Shahら、STWJ,2017

FSWによる純チタン／鉄鋼SPCCの重ね異材接合
Ti母材破断部

接合部

Ti

Steel
CP-Ti

SPCC

FeTi+b-Ti複合層

引張せん断試験後の外観と界面組織（Y.Gao, K.Nakataら:Materials & Design, 65(2015)1７-23）

第3世代異種材料接合・異なる材料間の接合
・金属／樹脂・CFRPBMW-i3接着法

日経ものづくり2016.6月号より

BMW-7シリーズ
・ハイテン鋼・アルミ合金・CFRP
日経ものづくり2016.6月号より

金属／樹脂・CFRPの異種材料接合●インサート成形法：小物部品等で実用化●板材の接合：開発途上（一部実用化）

間接接合法：(熱可塑樹脂・熱硬化樹脂）
・接着剤
・機械的締結法：リベット、ボルト、かしめ等

直接接合法：
・熱溶着法：（熱可塑性樹脂）
・加熱方法：超音波、抵抗、高周波等・レーザ接合法（レーザエネルギー利用）
・摩擦重ね接合法（摩擦エネルギー利用）

マルチマテリアル化に向けた多様な接合方法の整備が必要：継手形状、特性、量産性、コストなど

摩擦エネルギーを利用した金属と樹脂との直接接合法：
摩擦重ね接合法（Friction Lap Joining, FLJ法）(特許第5817140号、H27.10.9登録）

ツール
Al 合金板

樹脂板

Al合金板
ＦＬＪ接合法概略図

樹脂板

接合継手外観荷重（接合部）

回転ツール

ツール回転

摩擦発熱

Al 合金板

ツール加圧部

熱伝導 樹脂板

Al 合金板
樹脂板

接合部

溶融した樹脂
接合機構

接合継手断面(岡田、中田ら：軽金属溶接、53(2015)298-306)

摩擦重ね接合法（Friction Lap Joining, FLJ法）動画

回転ツール

固定ジグ

固定ジグ

金属板
樹脂・CFRP板
裏当板

接合性に及ぼす樹脂特性とアルミ合金の表面状態の影響
樹脂

Al表面状態 重ね接合継手断面組織

受入材のままツール加圧部

熱可塑性樹脂
Al

EAA

EAA

アルマイト
皮膜

ツール加圧部

ツール加圧部

受入材のままPE

ツール加圧部

アルマイト
皮膜
5mm

ＥＡＡ：エチレンアクリル酸
コポリマ

Al

極性官能基：COOH基を有する

EAA

アルミ合金の表面状態によらず直接接合可能

Al

ＰＥ：ポリエチレンPE

無極性：極性官能基なし

Al

アルマイト皮膜処理アルミ合金
では接合可能PE＊アルミ合金表面特性：アルマイト処理皮膜＊樹脂特性：極性官能基

接合性に及ぼす樹脂特性とアルミ合金の表面状態の影響
45

接合継手の引張せん断強度/N・mm

樹脂母材破断40

接合界面破断樹脂母材
破断部 接合部

3530

樹脂
25Al合金201510

接合不可

50

受入材Al アルマイト皮膜 受入材Al アルマイト皮膜
緻密皮膜 ポーラス皮膜 緻密皮膜 ポーラス皮膜
極性官能基 EAA
無極性樹脂PE

想定される金属／樹脂の直接接合機構
EAA樹脂
20nm

EAA樹脂

-δ

O

接合界面

C

ＯH

分極(静電引力)による分子間力6nm+δ 極性官能基

水素結合-δ

O（水素結合力）自然酸化皮膜

酸化物+δ

Al(Al2O3)Al合金(a)

接合界面構造：受入材のままのＡｌ合金
PE樹脂

200nm

酸化皮膜Al2O3
アルミニウム合金

PE

接合界面金属

無極性のＰＥ樹脂では水素結合はない

ポア内への樹脂の侵入(b)アルマイト皮膜（ポーラス構造）(c) アルマイト皮膜 20nm

接合界面構造：アルマイト皮膜処理Ａｌ合金

アンカー効果
（機械的締結）コロナ放電処理によるポリエチレンPE表面への極性官能基の付与による接合性改善
アルミニウム合金A5052 表面研磨処理材
極性官能基有り
PA6母材破断

2極性官能基有り
PE母材破断1.5
1

極性官能基無し
接合不可

0.5(A5052/PE界面破断)

強度 (a.u)shear fracture load / kN
Tensile引張せん断荷重/kN

2.5

PA6PE (受入材)PE (コロナ放電処理材)

C1ｓ
C-H,C-C

C-OH
O=C-NHO=C-OH

0
受入材

受入材

PA6PE

コロナ放電処理材

PE295

290
285
結合エネルギ / eV

ヒドロキシル基(C-OH)およびカルボキシル基(O=C-OH)
による水素結合の効果を示唆

280

摩擦重ね接合法による鉄鋼材料／樹脂の直接接合
低炭素冷間圧延鋼板SPCC／ポリアミド樹脂PA6
鋼板SPCC

SPCC

樹脂PA6 ツール通過部 10 mm

Fe3O4(a) 継手外観
040
220

ツール通過部

PA6SPCC

50 nm

PA6樹脂溶融部

2201 mm(c) 接合界面微細構造(b) 継手断面マクロ組織

極性官能基：アミド基CONHを有するポリアミドPA6はナノレベルのごく薄い鉄酸化物層を介して接合

〇：樹脂母材破断
×：接合界面破断

2.0900800

1.5

PA6 熱分解温度350℃

700

温度 / K

引張せん断破断荷重 / kN

鋼板SPCC／樹脂の接合性に及ぼす接合速度の影響

1.0

600

PA6 融点225℃

500
400

0.5PA6PEコロナ処理

200 mm min-1
600 mm min-1
1000 mm min-1

300
2000.00200 400 600 800 10000

接合速度 / mm min-1

50時間 / s100

Joining speed / mm·min -1200600

SPCC

BubbleSPCC

6Nylon1mm

6Nylon

1000

SPCC

1mm

6Nylon接合部断面マクロ組織1mm

接合速度：最適値が存在
低速度：気泡と樹脂の熱劣化
高速度：接合面積の減少

摩擦重ね接合法によるAl合金／熱可塑性CFRPの直接接合
射出成形法による
CFRP板（3mmt）

接合界面構造
SEI

BFI

A5052

Al合金（A5052）

酸化皮膜MgO
PA6200mm

炭素繊維：長さ200μm
直径5～10μm
20wt%

5μm

炭素繊維 PA6BFI

2μmMg

炭素繊維O

A5052
MgO layer

マトリックス：熱可塑性樹脂

PA60.2μm CFRTP

アルミニウム合金表面の酸化皮膜とマトリックス樹脂との間で接合

A5052 / PA6・CFRP接合継手引張せん断強度に及ぼす各種表面処理の影響
幅15mmの短冊状試験片を3本試験に供した。

：PA6：CFRP（PA6マトリックス）☓ ：接合界面破断：樹脂母材破断
3PA6CFRP

2PA6CFRP

10

未処理材

未処理材

PA6

アルミニウム合金側破断面形態

CFRP

表面研磨材

引張せん断破断荷重 / kN

4酸化皮膜 湿式表面研磨
処理
処理

(a)
(a)

50mm5mm(a)(a)

CFRP母材の部分層間剥離

アルミニウム合金A5052の表面処理

FLJ条件：
ツール回転数：2000rpm
接合速度：400mm/min

より強い接合強度：水素結合から化学結合へ
シランカップリング処理による化学結合の導入
シランカップリング剤(CH3)n

樹脂とY
化学結合

Si

(OR)3-n

供試シランカップリング剤

Plastic

金属と化学結合YHOSiOYO

Si

OHO

Metal

金属表面へのシランカップリング処理:アルミニウム合金、鉄鋼・#800研磨紙を用い、水中で金属板表面を研磨
・シランカップリング水溶液に金属板を浸漬・乾燥炉内で乾燥
・常温にて冷却・それぞれの最適条件において摩擦重ね接合により接合を実施

湿式研磨処理

継手引張せん断強度の差異

シランカップリング処理

6543CFRP
母材破断

Fracture position: CFRTP base material: Joint interface

界面破断-d2

極性
官能基

水素結合
分子間力

10

#800 wetpolished

Silane treated

酸化皮膜
Al合金A5052
1. 水素結合2. アンカー効果
3. （ﾌｧﾝﾃﾞﾙﾜｰﾙｽ力）＞

Tensile shear fracture load / kN

Al合金表面へのシランカップリング処理の効果

Al合金A5052
1. 化学結合（共有結合）
2. 水素結合3. アンカー効果
4. （ﾌｧﾝﾃﾞﾙﾜｰﾙｽ力）

化学結合（共有結合）により継手強度上昇（反応層形成）
永塚、中田ら：溶接学会論文集、33-４（2015）317-325

接合継手強度に及ぼす金属表面のアンカー作用

接合継手強度に及ぼす金属表面のアンカー効果に作用する粗面化処理
粗面化(物理的)：研磨、ショットブラスト（凹みの径は大きく、浅い）
粗面化(化学的)：エッチング（孔の径は小さく、深い）
ポーラス皮膜 ：化成処理皮膜、アルマイト皮膜（孔の径は小さく、深い）
レーザ処理 ：パターンニング（溝、穴、深い加工）（凹凸の形状を多様化できる）

接合継手強度に及ぼす金属の表面粗さの影響
3.03

湿式エメリー紙研磨
#800
#800

2.52.5Tensile shear strength [kN]

継手引張せん断破断荷重 / kN

A5052 / 樹脂PA6の重ね接合継手
#400
#400

#220
#220

DP1μm
DP1μm

2.02
1.51.5#1500#1500
Untreated
受け入れ材のまま

溝や穴の形状が重要

1.010.50.500: Fractured at the joint interface
X☓ 接合界面破断: Fractured at the plastic base material●PA6樹脂母材破断
0.1 0.20.2 0.3
0.3 0.4
0.4 0.5
0.5 0.6
0.6 0.7
0.7 0.80.800 0.1
Ra [μm]
表面粗さ; Ra /μm

研磨による表面クリーニング、接合面積増加、アンカー効果

アンカー効果に有効な注目される金属表面処理
金属表面の凹凸部に溶融樹脂が入り込み、固化して機械的に締結
・大成プラス株式会社1)
NMT(Nano molding technology), NAT(Nano adhesion technology)
化成処理により数十～数百nmの凹を形成し、アンカー効果で接合する。
炭素鋼, SUS材, Al, Mg, Cu, TiとPPS、PA6等の異材接合において、せん断強度(20℃)は、射出接合で40-50MPa、エポキシ系接着剤併用で60-70MPa
・ダイセルポリマー株式会社3)
DLAMP®
レーザ照射によって表面に複雑な凹凸を形成し、ステッチアンカー効果により接合
せん断強度は、射出接合で40-50MPa程度
1)

2)

3)

化成処理後の金属表面2)DLAMPを適用した継手の断面3)

http://taiseiplas.lek
umo.biz/blog/index.html
堀内伸, 計測と制御,Vol.54, No.10(2015) 743.
http://www.daicelp
olymer.com/ja/topi
cs/archive/1404DL
AMP/

レーザによる表面性状のパターンニング例

金属断面における溝形状

金属／CFRP接合継手断面

レーザによる溝形成（Fraunhofer ILT)

レーザによる突起形成（TRUMPH GmbH)

金属表面における溝形状 金属／樹脂接合継手断面

レーザによる溝形成：レザリッジ（ヤマセ電気、ポリプラスチックス)
三瓶-軽金属溶接-54(2016)5,174-180

Al合金表面へのDLAMP処理の効果
摩擦重ね接合によるAl合金／CFRP継手
DLAMP処理をしたAl合金表面状態

摩擦重ね接合界面のミクロ組織

(a)

(b)

100μm

CFRP

100μmオーダーの深い穴（溝）の中に溶融樹脂(PA6)が浸入し、固化すること
によりアンカー効果を発揮し、引張せん
断試験ではCFRP母材破断を示した（阪大、中田ら）

A5052

100μmAl合金板

接合部

CFRP母材破断部

熱可塑性CFRP板

DLAMP処理はダイセルポリマー（㈱）のご好意による

金属／樹脂・CFRPの熱溶着法による直接接合のポイント：(1)樹脂の要件：①熱可塑性樹脂であること②極性官能基をバルクあるいは表面に有していること(2)金属の要件：①表面に酸化皮膜層が形成されること(3)金属の表面処理：①化学反応層を形成する表面処理層（シランカップリングなど）②アンカー効果を発揮する表面処理
接合機構として：
・水素結合：分子間力
・化学結合：共有結合力
・アンカー効果：機械的締結力
これら3つの結合力のハイブリッド化が最も効果的である

ご清聴有難うございました
本講演内容のうち、摩擦重ね接合FLJに関する研究結果は主としてNEDO未来開拓研究「革新的新材料等研究開発」によるものであり、謝意を表します。
講演参考資料：中田一博著：『マルチマテリアル時代の接合技術ー異種材料接合を用いたものづくりー』
産報ブックレット１、産報出版（株）
Ｂ５版６３ページ、本体価格８００円

連絡先：nakata@jwri.osaka-u.ac.jp
大阪大学接合科学研究所
特任教授 中田一博