接合工法の種類

接合工法 – FDS (Flow Drilling Screw) –

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FDS

[定義]

FDS(Flow Drilling Screw、フロードリルスクリュー)は、副資材としてネジを利用して、重ねた被接合材の上部から、ねじを高速回転させながら挿入し、発生する摩擦熱により軟化させた被接合材を機械的に締結する接合方法です。SPR(Self-Piercing Riveting)接合やクリンチングといった他の機械締結工法に対して、被接合材の上下に締結に用いるダイス、ポンチといった治具を配置する必要がないため、片側(一方向)からのアクセスで接合が可能です。

FDSの接合プロセスは以下のとおりです。

  1. 重ね合わせた被接合材の上面から締結に用いるネジを高速回転させながら挿入します。(図①)
  2. ネジが挿入する際に発生する摩擦熱で材料が軟化し、ネジ周辺で塑性流動、一部溶融が生じます。(図②③④⑤)
  3. 被接合材にねじ山が形成され、ねじを締め付けることで接合が完了します。(図⑥)

Flow Drilling Screw

[特徴]

FDSの特徴は以下のとおりです。

  1. SPRやクリンチングと比較して、被接合材の上下に治具を配置する必要がないため、片側(一方向)からのアクセスで接合が可能で、設計自由度が大きいです。一方向溶接が可能であるという点は自動車車体の接合にとって大きなメリットとなります。
  2. ブラインドリベットの様に事前の穴加工(下穴)を必要としないため生産性が高いです。また、下穴を要するブラインドリベットの場合は穴の位置精度も要求されますが、FDS接合の場合は接合プロセス中に穴空けと締結を同時に行うため、その必要がありません。
  3. 解体がしやすいためリサイクル性が高いです
  4. SPR接合と比較した場合、低加圧での接合が可能なため、設備がコンパクトです。
  5. 他の機械的締結工法同様、溶融接合と比較して熱影響による材料劣化が生じません。
  6. 冶金的な反応をともなわないので、異種材料接合の組み合わせにも適用することが可能です。

[適用範囲、注意点]

FDS接合の注意点は以下のとおりです。

  1. SPR同様、副資材を利用するため、副資材不要の抵抗スポット溶接のような接合工法に比べてコストがかかります。
  2. 接合部はネジが露出しているため、ネジ露出側はデザイン、意匠など、外観上問題となる箇所には適用できません。
  3. ネジと被接合材が異種材料となるような組合せの接合(たとえば、鋼のネジを用いてアルミニウム合金同士の接合、鋼-アルミニウム合金の異種材料接合)に適用した場合、部位によっては電食対策が必要となる場合があります。

[事例]

自動車用途ではボディサイドパネル、シルなどの閉断面フレームと板が重なるような車体骨格部品などの接合含め、多くの部位に適用されています。

[まとめ]

FDS(Flow Drilling Screw、フロードリルスクリュー)は、副資材としてネジを利用して、重ねた被接合材の上部から、ねじを高速回転させながら挿入し、発生する摩擦熱により軟化させた被接合材を機械的に締結する接合方法です。ネジという副資材を用いるため、抵抗スポット溶接などに比べて接合コストが上がるものの、一方向からのアクセスが可能であるという点、熱影響による材質劣化が生じないという点など、多くのメリットがあり、アルミ車体への適用事例が増加しています。

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