異種材料のレーザ接合技術と樹脂金属接合への応用ポイント

はじめに――製造現場で今、問われる「異種材料接合」

製造業の現場において、異種材料の組み合わせは今や避けて通れません。
自動車や家電、産業機器を中心に、軽量化やコストダウン、機能統合の実現には、樹脂と金属など、異なる素材を一体化する技術が不可欠となっています。

しかし実際の現場では、鉄やアルミといった金属とエンジニアリング樹脂、さらには炭素繊維強化プラスチック（CFRP）等の複合材まで、多様な組み合わせが求められる一方で、十分な接合強度や量産性、品質の安定確保といった高いハードルが立ちはだかります。

とくに昭和時代から根強く残る機械的な締結や接着剤による接合では、不良の原因や工程複雑化の要因となりがちです。
そのなかで注目を集めているのが、レーザによる異種材料接合技術です。
本記事では、バイヤーやサプライヤー、現場の技術者が知っておくべき最新動向と、レーザを活用した樹脂・金属接合の実践的なポイントについて、工場経験者の目線で深堀りします。

異種材料接合が求められる背景と業界特有の課題

製造業で進む「マルチマテリアル化」とはなにか

自動車業界を筆頭に、パーツの軽量化やEV化が推進されています。
ボディや部品には、以前ならアルミや鉄一択だった部分にも、エンプラや炭素繊維強化樹脂、マグネシウム合金など、多彩な材料が最適配置される「マルチマテリアル化」が進行中です。
この流れは家電や機械分野、防災・航空宇宙分野にも波及しています。

たとえば、鉄骨フレームの一部パーツを樹脂化することで最大30～40％の軽量化が現実となりますし、熱伝導や絶縁、耐薬品性など、逆に金属でなければ実現できない部分も生じます。
その分「異種材料をいかに高信頼・高効率で接合するか」が設計・生産双方の重点課題となっています。

接着剤・機械締結の昭和的アプローチの限界

昭和から平成にかけては、こうした複合接合部の多くが「金属ねじ」や「リベット」、「ボルトナット」「接着剤（エポキシやアクリル系）」などの手段で結合されてきました。

近年の現場でよく耳にする代表的な課題は、以下のようなものです。

– 接着剤は硬化まで時間がかかるうえ強度のバラツキが大きい
– 加工数が増え、工場内の工程が煩雑化する
– ボルトやリベットは外観や軽量化の要求と相反する
– 組付け時のヒューマンエラーや不良が発生しやすい

デジタル化や自動化が求められる現代において、アナログ発想だけでは限界があるのは明らかです。
レーザ接合技術にいま大きな期待が集まる市場背景には、こうした現場課題の山積みがあるのです。

レーザ接合技術の基礎と、なぜ注目されているのか

レーザ接合の基本原理

レーザ接合は、コヒーレントな（指向性の高い）レーザ光を材料に照射することによって、ごく限定された範囲だけを一気に局所加熱して溶融、材料同士を接触・結合させる技術です。

一般的にはCO2レーザやファイバーレーザ、最近はダイオードレーザも活用されています。
金属-金属、樹脂-樹脂はもちろん、加工条件を工夫することで「異種材料同士の組み合わせ」も現実的になってきました。

とくに樹脂と金属といった熱物性や熱膨張係数が大きく異なるケースでは、レーザの高精度・高速局所加熱のメリットが最大限発揮されます。
工程自体が無接触かつクリーンで、指定範囲“だけ”を加熱できるゆえ、省エネや自動化の相性も抜群なのです。

従来工法と比べた圧倒的なメリット

レーザ接合の主な強みは以下の3点です。

1. 「ムダな熱影響がなく、材料特性を損なわない」
2. 「接着・締結と比較し、工程短縮や省人化がしやすい」
3. 「外観・気密性・耐食性に優れる（追加仕上げレス）」

このほか、IoTや画像解析と連動させることで“ばらつき”の原因を根本的に減らしやすいこと、自動化ラインに親和性が高いことなど、バイヤーや生産管理者にとって「理想的な進化点」が詰まっています。

異種材料の樹脂・金属接合、実務応用のテクニックと注意ポイント

異種接合“ならでは”の基礎ノウハウ

異種材料、とくに樹脂・金属の組合せでは次のポイントをまず押さえる必要があります。

– 「金属側の表面粗さ・表面改質（ショットブラスト、酸化皮膜形成など）」が“鍵”になる
– 樹脂側は、レーザ波長に応じた光吸収性や耐熱性を考慮した材料選定が必須
– 接合部の形状（凹凸、溝、段差）、密着度で強度・外観が変わる

たとえば、アルミやステンレスの表面はレーザ照射によって酸化皮膜を適度に生成し、樹脂が流入しやすくすると良好な接合界面がつくれます。
一方で、樹脂のグレードや含有ガラス繊維、難燃剤、顔料によってはレーザ透過性と吸収性が大きく変化しますので、接合試験と材料選定は必須です。

現場で困る「NG事例」と“昭和発想”からの脱却

昭和的なアナログ思考では「手作業で重ねて加圧しながら加熱」「接着不良の場合は追加で削る・盛る」といった現場合わせが取られがちです。
ですが、レーザ接合では材料同士の最適配置・フィット＆クランプが自動化ラインのなかで決められます。

典型的なNG（失敗）事例としては――

– 「加熱しすぎて樹脂が分解・炭化し、強度が出ない」
– 「レーザ光路のホコリ・塵で吸収ムラが起き強度ダウン」
– 「金属側の油分・錆が残ったままで接合面が活性化せずはがれやすい」

などがあります。
従来の“熟練技能士頼みの作業”から、「前処理→高精度位置決め→レーザ加熱→品質モニタリング」まで、工程標準としてデジタルで管理・記録を行う発想へと転換が求められます。

“バイヤー/サプライヤー”双方が知っておきたい導入チェックリスト

バイヤー側がサプライヤーや工場現場に導入を検討・依頼する際は、次の観点を重視してください。

– 接合材料候補（樹脂・金属・表面処理あり/なし）の物性評価データ
– 量産工程での「サイクルタイム」「設備保全」「歩留まり」シミュレーション
– 初期費用だけでなく、製品一個あたりのランニングコスト試算
– 現状の接着・機械結合から移行した場合のコストダウンや現場効率アップ
– 外観・耐久性・信頼性・トレーサビリティ要件に対応可能か

サプライヤー目線では、「現場トライアル」→「サンプル納入」→「工程立会い」→「品質レポート作成」などをセットで提案できるかが重要です。
レーザのパラメータや治具設計も、初期に“詰められる”かが採否を大きく分けます。