| 研究課題/領域番号 |
16K06748
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
木村 真晃 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90285338)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 摩擦圧接 / 線形 / 異種材継手 / 低入熱 / 接合メカニズム |
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| 研究実績の概要 |
今世紀の「ものづくり」を持続させ，それを次世代へと繋げるためには，現在よりも一層の省エネルギ化，低コスト化を実現させながら生産活動を実施することが望まれている．その中の一つに，構造物などを溶接・接合する技術がある．摩擦熱を利用して固相状態で部材同士を接合する摩擦圧接法は，主として回転運動を利用して部材同士の接合を行うことから円形断面形状部材の接合に適しているが，非円形断面形状部材の接合には適していない．本課題は，研究代表者がこれまでに提案してきた回転式摩擦圧接における低入熱摩擦圧接法や接合自己完了型摩擦圧接法を提案するために制作してきた接合実験装置に組み込んできた様々な工夫やノウハウを生かし，非円形断面形状部材の接合も容易な往復直線運動を利用した低入熱線形摩擦圧接(LFW)装置を開発し，これまで明らかにされていないLFW現象の解明を行うとともに低入熱状態で接合できる異種異材継手が容易に作製できる接合手法の提案を行うものである．その中で本年度は，将来の異種材の組み合わせに対してLFWするための基礎データを得るために，昨年度と同じく純Cuとステンレス鋼の組み合わせ以外に純CuとAl合金，Al合金とステンレス鋼の組み合わせについても取り組み，そして，これらの組み合わせを通じて異種材料の摩擦圧接メカニズム解明に向けた各種データの取得を行った．また，LFW装置を作製の際に必要な性能決定のために，同種材料を対象としたLFW継手の温度シミュレーションを実施し，接合条件により接合部の温度分布を推定できる可能性を得ることができた．なお，現在，市場状況により装置に必要な市販部品の入手が本課題の研究期間内で入手することが困難であることが判明しているため，それらが入手できなくても本研究課題が実施できるように装置の設計変更などを実施しているところである．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究課題は，交付申請書および平成29年度に報告した平成28年度の実施状況報告書(研究実施状況報告書)において以下の３項目の実施を予定していた．
1）低入熱異種材継手の圧接条件の確立(続き)
2）低入熱LFW装置による接合実験の実施
3）LFW現象の把握と健全な継手が得られる接合条件の確立(同種材料の場合)
このうち，1)に関しては，研究代表者が所有している回転式の摩擦圧接装置を用い，純Cuとステンレス鋼，純CuとAl合金，Al合金とステンレス鋼といった将来の異種材のLFWに繋がる各種データの蓄積を行った．一方，2)に関しては，様々な金属材料を接合することができるようなLFW装置を制作する場合，装置剛性なども必要不可欠となることから大変大がかりとなり，本課題の研究期間ではそれを完遂することが難しくなる．そこで，負荷荷重は小さいものの，樹脂材料が容易に接合できる簡易なLFW装置の制作を昨年度(平成28年度)は実施している．そこで，その装置により定性的かつ定量的なデータを得るために，装置の計装化を実施した．そして，この簡易LFW装置でAlに代表されるような軟質金属材料の接合を実施するために，多少の改造・改良を試みた．しかし，市場状況により装置に必要不可欠であるベアリング等の市販部品の入手が本課題の研究期間内(平成31年末)ですら入手困難であることが判明した．よって，そのような部品を入手しなくとも接合することが可能な装置へと変更しなければならない状況にあり，現在，その装置構造の変更を実施している状態にある．したがって，3)の健全な継手が得られる接合条件の確立には至っていない．
以上のことから，当初の計画とは異なり金属材料の接合が容易にできる低入熱LFW装置の完全制作には至っていいため，それ以外に関連するデータ取得は順調であるがやや遅れていると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
交付申請書において，本研究課題は平成30年度では以下の３項目の実施を予定していた．
1）低入熱異種材継手の圧接条件の確立(続き)
2）LFW現象の把握と健全な継手が得られる接合条件の確立(異種材料の場合)
3）LFW現象の論理的な解明と最適接合条件の提示，および低入熱異種異材継手作製への提案
このうち，1)に関しては，将来の異種材のLFWに関連するデータを得るため，上述した組み合わせの更なるデータ蓄積はもちろんのこと，それ以外の異種材料の組み合わせ，例えばAl系材料と鉄鋼材料との組み合わせについても検討を行い，回転摩擦圧接を行うことで接合現象と母材強度とに関連するデータの蓄積を行う．また，前述したように低入熱LFW装置の作製に対して必要不可欠であるベアリング等の市販部品の入手が市場状況により本課題の研究期間内(平成31年末)ですら入手困難であることが判明している．そこで，そのような部品を入手しなくとも接合することが可能な装置へと変更せざる得なく，現在，その装置構造の変更を実施している状態にある．しかし，まだ装置の完成には至っておらず，2)と3)に関してはほとんど実施できていない状況にある．また，低入熱LFW装置の作製には多少の時間を有すると思われることから，これまでに作製した簡易LFW装置を用い，Alに代表されるような軟質金属材料の接合を実施し，接合条件の範囲は狭いもののLFW現象の把握およびそのデータ収集に努める．さらに，これまで実施してきた同種材料における接合面での焼付現象を模擬したLFWの接合シミュレーションを発展させ，その精度をより高め，かつ装置作製の進捗状況に合わせて異種材料の場合のシミュレーションについても検討を試みる．これらをの内容を実施することで，上記2)や3)の検討に対しての一助とする．
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