特許 7186370 接合構造及び接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-01

(45)【発行日】2022-12-09

(54)【発明の名称】接合構造及び接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/323 20140101AFI20221202BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20221202BHJP

   B23K 26/22 20060101ALI20221202BHJP

【ＦＩ】

B23K26/323

B23K26/21 G

B23K26/21 W

B23K26/22

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020504775

(86)(22)【出願日】2018-11-07

(86)【国際出願番号】 JP2018041378

(87)【国際公開番号】W WO2019171659

(87)【国際公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-10-29

(31)【優先権主張番号】P 2018038911

(32)【優先日】2018-03-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 潤司

(72)【発明者】

【氏名】中川 龍幸

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２６６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７０１０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０１５９０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５００１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０５６１７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接可能な同種系の金属材で構成された第２の部材と、該第１の部材及び該第２の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第３の部材とが互いに接合された接合構造であって、
前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方には、突起部が設けられ、
前記第３の部材には、前記突起部が挿入される貫通部が形成され、
前記第１の部材及び前記第２の部材は、前記第３の部材を挟んだ状態で、前記突起部に対応する領域が前記貫通部を介して互いに溶接され、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれ溶接されていることを特徴とする接合構造。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１の部材及び前記第２の部材の前記突起部に対応する領域と、該第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、該第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれレーザ溶接されていることを特徴とする接合構造。

【請求項3】

請求項２において、
前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記第３の部材のうち、レーザ吸収率の高い材料側からレーザ光が照射されることでレーザ溶接されていることを特徴とする接合構造。

【請求項4】

請求項１において、
前記第１の部材及び前記第２の部材の前記突起部に対応する領域は、レーザ溶接され、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれ溶加材によって溶接されていることを特徴とする接合構造。

【請求項5】

金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接可能な同種系の金属材で構成された第２の部材と、該第１の部材及び該第２の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第３の部材とを互いに接合するための接合方法であって、
前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方には、突起部が設けられ、
前記第３の部材には、前記突起部が挿入される貫通部が形成されており、
前記第３の部材の前記貫通部に前記突起部を挿入させ、前記第１の部材と前記第２の部材との間に該第３の部材を挟む工程と、
前記突起部に対応する領域にレーザ光を照射し、前記貫通部を介して該第１の部材と該第２の部材とを互いに溶接する工程と、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とを、それぞれ溶接する工程とを備えたことを特徴とする接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合構造及び接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、互いに溶接可能な同種系の金属材からなる第１の材料及び第２の材料の間に、第１の材料及び第２の材料に対して溶接が困難な第３の材料を挟み込んだ状態で、第１の材料と第２の材料とを溶接することで、異種材としての第３の材料を圧縮固定するようにした接合構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１７０５１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、異種材を同種系の金属材の間に挟み込むようにした接合構造では、異種材と同種系の金属材との重ね合わせ方向の隙間を通って、外部から水分が侵入するおそれがある。そして、侵入した水分によって、異種材と同種系の金属材とが重なり合う部分で電食が発生してしまい、接合強度が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同種系の金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の態様は、金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接可能な同種系の金属材で構成された第２の部材と、該第１の部材及び該第２の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第３の部材とが互いに接合された接合構造を対象とし、次のような解決手段を講じた。

【0007】

すなわち、第１の態様は、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方には、突起部が設けられ、
前記第３の部材には、前記突起部が挿入される貫通部が形成され、
前記第１の部材及び前記第２の部材は、前記第３の部材を挟んだ状態で、前記突起部に対応する領域が前記貫通部を介して互いに溶接され、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれ溶接されていることを特徴とするものである。

【0008】

第１の態様では、第１の部材及び第２の部材が同種系の金属材で構成され、第３の部材が、第１の部材及び第２の部材に対して溶接が困難な異種材料で構成されている。第１の部材及び第２の部材は、第３の部材を挟んだ状態で、突起部に対応する領域が貫通部を介して互いに溶接される。第１の部材及び第３の部材と、第２の部材及び第３の部材とは、それぞれの重ね合わせ部分の外周部が溶接される。

【0009】

これにより、同種系の金属材である第１の部材及び第２の部材と、異種材料である第３の部材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができる。

【0010】

具体的に、第１の部材と第３の部材とが重なり合う部分の外周部と、第２の部材と第３の部材とが重なり合う部分の外周部とをそれぞれ溶接することで、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材の重ね合わせ方向の隙間が塞がれた密閉型の接合構造としている。

【0011】

このような構成とすれば、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材の重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。これにより、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材の重ね合わせ部分で電食が発生するのを抑え、接合強度を確保することができる。

【0012】

第２の態様は、第１の態様において、
前記第１の部材及び前記第２の部材の前記突起部に対応する領域と、該第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、該第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれレーザ溶接されていることを特徴とするものである。

【0013】

第２の態様は、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材の接合を、レーザ溶接によって行うようにしている。

【0014】

第３の態様は、第２の態様において、
前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記第３の部材のうち、レーザ吸収率の高い材料側からレーザ光が照射されることでレーザ溶接されていることを特徴とするものである。

【0015】

第３の態様では、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材のうち、レーザ吸収率の高い材料側からレーザ光を照射するようにしている。例えば、第１の部材及び第２の部材が軟鋼材、第３の部材がアルミ材で構成されている場合には、軟鋼材の方がアルミ材よりもレーザ光の反射率が低い、つまり、軟鋼材の方がアルミ材よりもレーザ吸収率が高いので、第１の部材及び第２の部材の側からレーザ光を照射して溶接を行うようにする。これにより、レーザ光のエネルギーを効率良く吸収して、第１の部材、第２の部材、及び第３の部材を十分に溶融させることができる。

【0016】

第４の態様は、第１の態様において、
前記第１の部材及び前記第２の部材の前記突起部に対応する領域は、レーザ溶接され、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とは、それぞれ溶加材によって溶接されていることを特徴とするものである。

【0017】

第４の態様では、第１の部材及び第２の部材の接合をレーザ溶接によって行い、第１の部材及び第３の部材の外周部の接合と、第２の部材及び第３の部材の外周部の接合とを、溶加材を用いた溶接、例えば、アーク溶接やレーザフィラー溶接によって行うようにしている。

【0018】

第５の態様は、金属材で構成された第１の部材と、該第１の部材に対して溶接可能な同種系の金属材で構成された第２の部材と、該第１の部材及び該第２の部材に対して溶接が困難な材料で構成された第３の部材とを互いに接合するための接合方法を対象とし、
前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方には、突起部が設けられ、
前記第３の部材には、前記突起部が挿入される貫通部が形成されており、
前記第３の部材の前記貫通部に前記突起部を挿入させ、前記第１の部材と前記第２の部材との間に該第３の部材を挟む工程と、
前記突起部に対応する領域にレーザ光を照射し、前記貫通部を介して該第１の部材と該第２の部材とを互いに溶接する工程と、
前記第１の部材及び前記第３の部材の重ね合わせ部分の外周部と、前記第２の部材及び該第３の部材の重ね合わせ部分の外周部とを、それぞれ溶接する工程とを備えたことを特徴とするものである。

【0019】

第５の態様では、第１の部材及び第２の部材が同種系の金属材で構成され、第３の部材が、第１の部材及び第２の部材に対して溶接が困難な異種材料で構成されている。そして、第１の部材及び第２の部材は、第３の部材を挟んだ状態で、突起部に対応する領域を、貫通部を介して互いに溶接する。また、第１の部材及び第３の部材と、第２の部材及び第３の部材とは、それぞれ重ね合わせ部分の外周部を溶接する。

【0020】

これにより、同種系の金属材である第１の部材及び第２の部材と、異種材料である第３の部材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示の態様によれば、同種系の金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本実施形態１に係る第１乃至第３の部材の構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、溶接前の接合構造を説明するための断面図である。

【図3】図３は、溶接前の接合構造を説明するための平面図である。

【図4】図４は、溶接後の接合構造を説明するための断面図である。

【図5】図５は、溶接後の接合構造を説明するための平面図である。

【図6】図６は、本実施形態２に係る溶接後の接合構造を説明するための断面図である。

【図7】図７は、溶接後の接合構造を説明するための平面図である。

【図8】図８は、その他の実施形態に係る溶接後の接合構造を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0024】

《実施形態１》
図１～図３に示すように、本実施形態の接合構造では、接合に際して、第１の部材１０と第２の部材２０との間に、第３の部材３０を挟み込んだ状態で配置するようにしている。

【0025】

第１の部材１０は、金属材で構成された円盤状の部材であり、その中央部には、第２の部材２０側にテーパー状に押し出されたエンボス形状の第１の突起部１１が設けられている。

【0026】

第２の部材２０は、第１の部材１０に対して溶接可能な同種系の金属材で構成された板状の部材であり、第１の部材１０側にテーパー状に押し出されたエンボス形状の第２の突起部２１が設けられている。

【0027】

第３の部材３０は、第１の部材１０及び第２の部材２０に対して溶接が困難な材料で構成された板状の部材であり、貫通部としての貫通孔３１が形成されている。なお、貫通部を貫通孔３１としているが、貫通溝であっても良い。接合に際して、異種材である第３の部材３０は、同種系の金属材である第１の部材１０及び第２の部材２０の間に挟み込まれて配置されている。

【0028】

ここで、第１の突起部１１と第２の突起部２１とは、第３の部材３０の貫通孔３１に挿入され、互いに対向するように配置されている。このように、第３の部材３０の貫通孔３１に、第１の突起部１１及び第２の突起部２１が挿入されるので、貫通孔３１には、貫通孔３１に対する第１の部材１０及び第２の部材２０の相対的な位置ズレを抑制する効果がある。また、第１の突起部１１には、レーザ照射位置の目印及びビード形成位置の妥当性が目視で確認できる利点がある。

【0029】

ここで、同種系の金属材とは、互いに溶接可能な金属であり、同じ材質同士だけではなく、鉄系金属材同士、非鉄系金属材同士などの溶接接合性が良い金属材のことである。言い換えると、同種系の金属材とは、溶接の相性が良い同種系の材料のことである。

【0030】

具体的には、溶接時における第１の部材１０と第２の部材２０における組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。例えば、鉄系金属材の組合せとしては、軟鋼と軟鋼、ステンレスとステンレス、軟鋼とハイテン（高張力鋼）、ハイテンとハイテン等がある。また、非鉄系金属材としては、アルミとアルミ、アルミとアルミ合金、アルミ合金とアルミ合金等がある。

【0031】

また、異種材としての第３の部材３０は、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第２の部材２０とは、異なる材質の材料であり、第１の部材１０及び第２の部材２０に対して溶接が困難な材質である。

【0032】

例えば、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第２の部材２０を鉄系金属材にした場合、異種材としての第３の部材３０は、レーザ光の吸収率が低くレーザ接合が難しい銅材やアルミ材等の非鉄系金属材である。また、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics，炭素繊維強化プラスチック）、ＰＥＴ（PolyEthlen Terephthalate，ポリエチレンテレフタレート）等といった樹脂材も金属材に対する異種材として挙げられる。

【0033】

ここで、図２に示すように、第１の部材１０及び第２の部材２０を溶接する前には、第１の突起部１１と第２の突起部２１とが、第３の部材３０の貫通孔３１に挿入されるとともに、板厚方向に所定の隙間を存して対向して配置されている。

【0034】

図４及び図５に示すように、第１の部材１０及び第２の部材２０の接合を、レーザ溶接によって行うようにしている。具体的に、レーザ溶接は、第１の部材１０の板厚方向の上側から、レーザ光Ｌの照射可能な領域（接合可能範囲）である、第１の突起部１１に対応する領域に向けて、レーザ光Ｌを円状に照射することで行われる。

【0035】

そして、レーザ光Ｌを第１の突起部１１に円状に照射してレーザ溶接を行うと、溶接時に溶接部４０が形成される。この際に、第１の部材１０及び第２の部材２０の溶接部４０の溶融金属が凝固収縮するため、第１の突起部１１と第２の突起部２１との隙間が縮小する。

【0036】

このように、レーザ光Ｌが照射される第１の突起部１１に対応する領域において、溶接前の隙間が存在する状態で板厚方向からレーザ光Ｌを照射し、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第２の部材２０が互いに溶融結合して凝固収縮され、その間に挟まれる異種材としての第３の部材３０が圧縮固定される。

【0037】

ところで、異種材である第３の部材３０を、同種系の金属材である第１の部材１０及び第２の部材の間に挟み込むようにした接合構造では、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０が重なり合う部分に水分が侵入して電食が発生してしまうおそれがある。

【0038】

そこで、本実施形態では、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部と、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部とを、それぞれ溶接するようにしている。

【0039】

具体的に、図４及び図５に示すように、第１の部材１０の板厚方向の上側から、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部に沿って、レーザ光Ｌを円状に照射する。これにより、第１の部材１０及び第３の部材３０が溶融して溶接部４０が形成され、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ方向の隙間が塞がれた密閉型の接合構造とすることができる。

【0040】

なお、図４に示す例では、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部のみをレーザ溶接しているが、例えば、レーザ光Ｌを第２の部材３０に到達するように照射することで、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０を溶融させて互いに接合してもよい。

【0041】

また、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部については、レーザ吸収率の高い材料側からレーザ光Ｌを照射することで、レーザ溶接を行うようにしている。

【0042】

例えば、第２の部材２０が軟鋼材で構成され、第３の部材３０がアルミ材で構成されている場合には、軟鋼材の方がアルミ材よりもレーザ光Ｌの反射率が低い、つまり、軟鋼材の方がアルミ材よりもレーザ吸収率が高いので、第２の部材２０の板厚方向の下側から、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部に沿って、レーザ光Ｌを四角形状に照射することでレーザ溶接を行う。これにより、レーザ光Ｌのエネルギーを効率良く吸収して、第２の部材２０及び第３の部材３０を十分に溶融させることができる。

【0043】

そして、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部が溶融して溶接部４０が形成され、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ方向の隙間が塞がれた密閉型の接合構造とすることができる。

【0044】

なお、第２の部材２０と第３の部材３０とは、溶接接合性の相性が悪い組み合わせであるが、気密性が確保されていればよいので、この部分の接合強度については、それほど要求されない。

【0045】

そのため、レーザ光Ｌが照射される側とは反対側にある第３の部材３０の重ね合わせ面からの溶け込み深さｄは、第３の部材３０の板厚ｔに対して２０％以上の深さであれば良い。これにより、レーザ光Ｌが第３の部材３０を貫通しないようにしつつ、気密性を確保することができる。なお、第１の部材１０及び第３の部材３０の溶け込み深さについても同様である。

【0046】

このような構成とすれば、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０の重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。これにより、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０の重ね合わせ部分で電食が発生するのを抑え、接合強度を確保することができる。

【0047】

《実施形態２》
図６は、本実施形態２に係る溶接後の接合構造を説明するための断面図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

【0048】

図６及び図７に示すように、第１の突起部１１及び第２の突起部２１に対応する領域に、板厚方向の上側からレーザ光Ｌを円状に照射することで、溶接部４０が形成される。これにより、第１の部材１０及び第２の部材２０がレーザ溶接される。

【0049】

第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部は、溶加材によって溶接されている。具体的に、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周コーナー部に沿って、アーク溶接又はレーザフィラー溶接を行う。なお、第１の部材１０が軟鋼材であり、第３の部材３０がアルミ材である場合には、軟鋼材とアルミ材とを溶接可能な異種材専用の溶加材を用いる必要がある。

【0050】

これにより、溶加材が溶融結合した溶接部４５によって、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ方向の隙間が塞がれた密閉型の接合構造とすることができる。

【0051】

また、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部についても同様に、溶加材によって溶接されている。具体的に、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周コーナー部に沿って、アーク溶接又はレーザフィラー溶接を行う。これにより、溶加材が溶融結合した溶接部４５によって、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ方向の隙間が塞がれた密閉型の接合構造とすることができる。

【0052】

このような構成とすれば、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０の重ね合わせ部分に、外部から水分が侵入するのを抑えることができる。これにより、第１の部材１０、第２の部材２０、及び第３の部材３０の重ね合わせ部分で電食が発生するのを抑え、接合強度を確保することができる。

【0053】

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

【0054】

本実施形態では、第１の突起部１１及び第２の突起部２１の形状を同じとしたが、必ずしも同じでなくても良い。また、第１の部材１０及び第２の部材２０の両側に突起部を設けたが、何れか一方に突起部を設けてもよい。また、レーザ照射方向に関して、第１の部材１０側からレーザ光Ｌを照射しているが、第２の部材２０側から照射しても良い。

【0055】

また、本実施形態では、第１の部材１０と第２の部材２０の材質は、同種系の金属材であり、例えば、それぞれ軟鋼材を用いた場合について説明したが、互いに溶接が可能であり接合強度が得られる同種系の金属材としての材質であれば材質が異なっていても良い。

【0056】

また、本実施形態２では、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部と、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周部とを、溶加材を用いたアーク溶接やレーザフィラー溶接を行うようにしたが、この形態に限定するものではない。

【0057】

例えば、図８に示すように、第１の部材１０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周コーナー部に沿って、レーザ光Ｌを斜め方向からスピン軌道で旋回移動させながら照射することで、外周コーナー部を溶融させて第１の部材１０と第３の部材３０とを溶接してもよい。なお、第２の部材２０及び第３の部材３０の重ね合わせ部分の外周コーナー部についても同様に行えばよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

以上説明したように、本発明は、同種系の金属材と異種材とが重なり合う部分で電食が発生するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0059】

１０ 第１の部材
１１ 第１の突起部
２０ 第２の部材
２１ 第２の突起部
３０ 第３の部材
３１ 貫通孔（貫通部）
Ｌ レーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】