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2022.05.03

2024.02.13

基礎知識

金属と樹脂の直接接合における軽量化の方法

金属と樹脂を直接接合する目的の一つとして、金属部品の軽量化が挙げられます。本コラムでは、金属に関する基本情報を整理し、またそれらを軽量化する方法について我々の接合技術がどのように貢献しうるかを含め確認していきたいと思います。

金属材について

金属材は加工性が良く、高強度であることから機械部品の材料としては最も適しているとされており、身の回りでは主に生活用具、家電製品、鉄道車両、自動車部品、産業ロボットなど幅広く金属が使用されてます。

また金属材料は分類として、鉄鋼(純鉄/鋼/鋳鉄)か、非鉄金属(アルミ/銅/チタン など)かに分類され、文字通り鉄か、鉄以外かでカテゴライズされます。こういった分類をしている理由は、金属総量における鉄の量が圧倒的多いことにあるようです。

また、鉄/非鉄以外の更に細かい分類について、特に非金属類はかなりの種類がありますが、特徴として非金属類は鉄に比べ、重量が軽い材料が多いという特徴があります。

代表的な金属の種類・特徴(イメージ)は以下の通りとなります。


また金属の特徴として、これらは総じて樹脂よりも比重が大きいという点があり、代表的な金属である鉄の比重は一般的な樹脂の8~9倍程度です。

金属内でも軽いと言われているアルミ材でも樹脂の1.5~2倍程度の
重さとなります。 

金属の軽量化について

まずは金属部品を軽量化して得られる効果ですが、特に輸送機(自動車など)の分野は軽量化のメリットが多く、例えば自動車やバイクのエンジン部分を軽量化すれば、1.重量が軽くする→2.少ない力で走れる→3.余分なエネルギーを抑えれる→4.燃費/電力消費を抑えれる というように、性能向上に直結する要因となることがわかります。

また、これらは基本的には金属がメインに使用されており、代表的な事例として自動車の構成部品などには鉄系材料の使用が全体の実に7割程度を占めるといわれております。

これら金属の軽量化をおこなうための方法としては、一般的に①材料を減らす、②材料を変えるという2つの方法があります。

①に関しては、たとえば部品の厚みを薄くしたり、不要な部分を削って省スペース化を図るという手法です。

一方、②に関しては、より軽い金属に変える もしくは 金属ではなく樹脂を使うという選択肢がでてきます。
更に金属の代わりに樹脂を使用する際の選択肢として対象の全部を樹脂化するか、一部を樹脂化するかという選択肢があり金属ー樹脂を複合化はまさにこの金属の一部樹脂化を行うための手法のひとつといえます。

上記例の自動車の部品構成ですと非鉄金属材や樹脂材料の使用率を上げることで、全体の軽量化が可能となります。

金属部品の軽量化については、以下のコラムでも詳しく解説していますので、ご確認ください。

>>「金属部品の軽量化を実現する4つの方法」についてはこちら!

今後の金属軽量化

樹脂と金属を複合化する上で、これまで樹脂のイメージは耐熱性や強度が金属に劣るという見方をされていました。

ですが、昨今ではそれらの弱点を克服した高機能樹脂の活用により活躍の場が広がっており、今後は更にそれら高機能材を金属と複合化することで、優れた特性を付加することが可能です。

これから高度な軽量化技術や素材が開発される中で、その複合化技術も発展していく必要があります。


我々のALTIM技術は、従来の複合化方法に比べ、より強固に簡潔に、かつ安定した接合を実現できる技術として、様々な用途で活用が可能です。金属軽量化に関するお困りごとなどござましたら、是非お問合せ下さい。

>>ALTIMについて、詳しくはこちら!

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