接合を考えるとき、最初に接着、溶接、ろう付けなどの方法を比較したくなります。しかし、同じ材料の組み合わせでも、求める特性や製造工程が違えば、適した方法は変わります。
例えば、強度が必要な部材と、熱を伝えながら電気的には絶縁したい部材では、接合部に求める役割が異なります。接合方法は、材料、界面、工程、使用環境を一緒に考えて選ぶ必要があります。
接合する材料と必要な機能を整理する
最初に、どの材料同士を、何のために接合するかを明確にします。金属同士でも、熱膨張、表面の酸化状態、形状などは異なります。金属と樹脂やセラミックを組み合わせる場合には、温度変化による変形の違いも検討項目になります。
接合部に求める機能は、強度だけとは限りません。熱を伝える、電気を絶縁する、流体を漏らさない、寸法を保つなど、用途に応じて優先順位を決めます。複数の機能を同時に求める場合は、それぞれの評価方法も用意します。
接合層と部材の界面を見る
接合部が壊れたとき、接合層そのものが破れたのか、部材との境界で剥がれたのかによって、改善すべき場所は変わります。表面処理、洗浄、酸化、保管状態なども結果に影響するため、強度値と破壊位置を一緒に記録します。
異種材料接合では、両側の部材と接合層の組み合わせをそれぞれ評価します。片側で良好な結果が得られても、もう片側の界面が用途に適しているとは限りません。
試験片から製造工程へつなげる
小さな試験片で接合できても、実際の部材では接合面積、反り、加熱と加圧の均一性が変わります。塗布、乾燥、搬送、位置決め、接合までの工程を想定し、用途に近い形状で段階的に評価します。
接合直後の結果に加え、使用中の温度、湿度、繰り返し荷重などを考慮します。必要な試験は用途によって異なります。初期強度だけで採否を決めず、使用環境に合わせて確認することが大切です。
接合課題を整理するための四つの項目
- 接合する材料と部材の形状
- 接合部に必要な機能と優先順位
- 使用時の温度、湿度、荷重などの条件
- 想定している試作・量産工程
輝創株式会社では、薄い接合機能膜を用いるCAM接合など、材料と工程を組み合わせた接合技術を検討しています。工程や適用例はCAM接合のページをご覧ください。具体的な材料の組み合わせや評価条件がある場合は、お問い合わせからご相談ください。
次回は、性質の異なる材料を組み合わせる「異種材料接合」の課題と評価の進め方を取り上げます。