新製品・新技術抵抗スポット溶接に代わる、軽合金の画期的な接合法。「第３３回日本産業技術大賞・審査委員会特別賞」を受賞もともと難しいアルミ合金など軽合金の接合現在、わが国の自動車メーカーは、軽量化やリサイクルなどの観点からボディのアルミニウム化を進めつつある。ボンネットやリアドアの部品などだが、こうしたアルミ合金の薄板構造では、組立工程におけるゆがみを最小に抑え、施工能率を高めるため＜点接合法＞が用いられており、その主要な方法は抵抗スポット溶接である。抵抗スポット溶接は、接合対象物を銅合金製電極ではさみ、数万アンペア以上の電流を流す。その電気抵抗熱で板と板の間の界面を溶融させて一体化する。そのため、電気抵抗の大きい炭素鋼やステンレス鋼など鋼材の溶接には適している。しかし、アルミ合金は、鋼材に比べて電気抵抗が小さいので、発熱させるためには鋼材の約３倍の電流が必要で、溶接施工に多額の電力コストがかかる。しかも、大容量の電流に耐えられるアルミ専用の抵抗スポット溶接システムが必要で、工場の受電設備の新設・増設が必要な場合もある。上下の電極から大容量の電流を流すため、熱による変形が大きく、接合部両面に大きな痕跡が残る。電極表面の損耗も激しく、最大でも数十点から１００点ごとに電極表面の研磨や清掃、さらには電極の交換が必要など非常に手間がかかる。加えて、溶接施工時にはチリやヒューム（火花）が激しく発生するので作業環境が劣化する。アルミ合金の接合ではこのほか、リベットを用いるセルフピアシングリベット法や、２枚の対象物をかしめて接合するクリンチング法などがある。しかし、リベットなど副資材のコストや接合部の強度、施工能率などの面で問題が多く、一部の自動車ボディなどに適用されるに留まっている。接合点を摩擦熱で軟化させ、かき混ぜて接合アルミ合金の＜点接合法＞が抱えるこうした問題を解決したのが、川崎重工とマツダ（株）が共同開発した「フリクションスポット接合法（ＦＳＪ：ＦｒｉｃｔｉｏｎＳｐｏｔＪｏｉｎｉｎｇ）」である（特許取得済み）。ベースになったのは、イギリスの溶接研究機関ＴＷＩが１９９０年代初めに開発した連続接合法の摩擦撹拌接合法（ＦＳＷ）。この方法は、接合ツールを回転させながら接合面に沿って移動させ、ツールの回転による摩擦熱で材料を柔らかくし、かき混ぜると塑性流動現象によって一体化する。「ＦＳＪ」はＦＳＷを改良、発展させたもので、先端にネジ付きの突起（ピン）を持つ円柱状の接合ツールを回転（１分間に２，０００∼２，５００回転）させながら、４００ ∼５００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で材料中に押し込むと、回転による摩擦熱で材料が柔らかくなり、ピンの周辺で塑性流動現象が起こって２枚の板が一体化する。「摩擦熱は４００∼５００℃。アルミ合金の融点は６３０℃ほどなので、溶けるのではなく軟化です。これをかき混ぜて一体化するわけで、たとえばアイスクリームをかき混ぜるような感じでしょうか」（川崎重工汎用機カンパニーロボットビジネスセンター接合技術グループの瀬田良孝グループ長）電力消費量は約２０分の１、クリーンで長寿命アルミ合金の接合に「ＦＳＪ」を適用すると、次のようなメリットが生まれる。 ●省エネルギー「ＦＳＪ」の主な消費エネルギーは接合ツールを駆動する２台のモータに要する電力のみなので、従来の抵抗スポット溶接に比べて電力消費量が約２０分の１に低減する。 ●シンプルシステムは極めてシンプルで、種々の補機類が必要ない。冷却水や圧縮エアなども基本的に不要なので、設備コストやランニングコストの大幅な低減が可能。機械加工に準じた完全自動なので作業者に熟練や経験を要求しない。 ●高品質接合部の強度は抵抗スポット溶接に比べてまったく遜色がなく、安定している。材料を溶かすほどの摩擦熱ではないので、マツダの工場で活躍中の「ＦＳＪロボットシステム」（提供：マツダ（株））トウエアを組み込むだけで適用できる。現在、「ＦＳＪロボットシステム」はマツダの新スポーツ車「ＲＸ−８」のボンネットとリアドアの組立工程に導入されて好成績をあげており、川崎重工には自動車メーカーなどから多数の引き合いが寄せられている。「ＦＳＪ」は、「理論的にはアルミやマグネシウムなど軽合金接合に関しては材料を問わない」（瀬田良孝グループ長）ため、車両や船舶、航空機などの板や骨構造、また、交通標識や建設機械、家電製品、調理器具など幅広い分野への適用が考えられる。なお、「ＦＳＪ」は、「第３３回日本産業技術大賞」（主催：日刊工業新聞社、４月１４日に贈賞式）の「審査委員会特別賞」を受賞した。また、 “世界をつなぐ溶接・接合技術”がテーマの「２００４国際ウエルディングショー」（７月１４日∼１７日、インテックス大阪（大阪国際展示場））に「ＦＳＪロボットシステム」の実機を展示して実演し、多くの来場者の注目の的になった。 ● 「アルミ合金など軽合金の点接合法で、『ＦＳＪ』が世界標準になる可能性は非常に大きいと思います」（瀬田良孝グループ長）ボンネットやリアドアの組み立てで省エネ・コスト低減に大きな成果をあげている。熱変形がほとんどない。 ●長寿命「ＦＳＪ」で用いる接合ツールは１０万点施工後も問題となる消耗がないことがユーザーの実績で示されている。 ●クリーン抵抗スポット溶接のようにチリやヒュームが発生しないので職場がクリーンに保たれる。また、大電流を使わないので電磁波ノイズが発生しない。産業用ロボット活用の接合システムを実用化川崎重工は「ＦＳＪ」の実用化に当たり、専用ガン（ＦＳＪガン）を開発。ＦＳＪガンを多関節ロボットと組み合わせた「ＦＳＪロボットシステム」と「ＦＳＪ定置式システム」を２００３年に製品化した。このシステムでは、一般的な自動車用アルミ合金（厚さ１ｍｍ×２枚重ね）の場合、接合時間は従来法とほぼ同じ約１秒。ロボットはガン質量以上の可搬質量を持つカワサキロボットであれば、専用ガンと制御用ソフ接合方向被接合材接合ツールピンショルダー ●FSJロボットシステム ●ＦＳＪにおける塑性流動の複式図ピン ●FSJ定置式システム ●ＦＳＪプロセスの複式図回転回転押圧 ●シンプルな機器構成 ●抵抗スポット溶接溶接機電源盤タイマ制御装置ツール回転ロボット電源盤溶接ガン（１）回転開始ロボット電源盤ロボット 18 Kawasaki News （２）圧入開始（３）撹拌・一体化（４）引抜き（５）仕上がり接合ガン軸方向塑性流動流量・圧力調整機チップドレッサ押圧裏当て金 ●FSJ 抵抗溶接機回転ロボットコントローラ 135 2004/8 冷却水配管エア配管回転塑性流動ロボットロボットコントローラ「ＦＳＪ」開発のベースとなった摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）法。ＦＳＪツール先端部 19