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特許7546208接合構造

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】接合構造

(51)【国際特許分類】

B23K 9/02 20060101AFI20240830BHJP

B23K 9/23 20060101ALI20240830BHJP

B23K 9/007 20060101ALI20240830BHJP

B23K 9/173 20060101ALN20240830BHJP

【ＦＩ】

B23K9/02 M

B23K9/23 H

B23K9/007

B23K9/173 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021543737

(86)(22)【出願日】2020-08-28

(86)【国際出願番号】 JP2020032641

(87)【国際公開番号】W WO2021044972

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2023-07-19

(31)【優先権主張番号】P 2019162386

(32)【優先日】2019-09-05

(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】山内隆平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１７０２１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０３０２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－３４１６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ９／０２

Ｂ２３Ｋ９／２３

Ｂ２３Ｋ９／００７

Ｂ２３Ｋ９／１７３

(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が困難な材料で構成された第２の部材と、該第１の部材に溶接された溶加材で構成された第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２の部材には、前記第１の部材に向かって貫通する貫通部が形成され、
前記第３の部材は、前記貫通部を介して前記第１の部材に溶接され、
前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ面の少なくとも一方には、前記貫通部とは別空間に形成され、該貫通部を囲むように全周にわたって窪んだ窪み部が設けられ、
前記窪み部は、前記第１の部材と前記第３の部材が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成され、該溶接部を囲むように全周にわたって窪んでおり、
前記窪み部には、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ面の隙間を塞ぐシール材が設けられている接合構造。

【請求項2】

請求項１において、
前記窪み部の少なくとも一部は、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ方向と交差する方向に開口している接合構造。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記窪み部の少なくとも一部は、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ方向に開口している接合構造。

【請求項4】

請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
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、前記窪み部に連通する開口としての連通部が設けられ、
前記連通部は、前記溶接部とは別空間に形成されている接合構造。

【請求項5】

請求項１乃至４のうち何れか１つにおいて、
前記窪み部は、前記第２の部材に比べて板厚が薄い前記第１の部材側に、立体形状に塑性変形されて形成されている接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１の金属材と、第１の金属材に対して溶接が困難な異種材とを重ね合わせた状態にし、異種材の貫通部を介して溶加材（溶接ワイヤ）をアーク溶接するようにした接合構造が開示されている。

【0003】

このとき、溶融した溶加材によって、異種材の貫通部の上面側の外周部に覆い被さるようにつば部分を形成する。これにより、第１の金属材に対する溶加材の凝固収縮によるつば部分と第１の金属材との圧縮固定力によって、異種材と第１の金属材とを固定するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／０３０２７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の発明では、第１の金属材と第２の金属材との重ね合わせ面の隙間を通って、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、第１の金属材と第２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。

【0006】

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、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】

【0007】

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が困難な材料で構成された第２の部材と、該第１の部材に溶接された溶加材で構成された第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。

【0008】

すなわち、第１の態様は、前記第２の部材には、前記第１の部材に向かって貫通する貫通部が形成され、
前記第３の部材は、前記貫通部を介して前記第１の部材に溶接され、
前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ面の少なくとも一方には、前記貫通部とは別空間に形成され、該貫通部を囲むように全周にわたって窪んだ窪み部が設けられ、
前記窪み部は、前記第１の部材と前記第３の部材が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成され、該溶接部を囲むように全周にわたって窪んでおり、
前記窪み部には、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ面の隙間を塞ぐシール材が設けられている。

【0009】

第１の態様では、第１の部材及び第２の部材の重ね合わせ面の少なくとも一方には、窪み部が設けられている。窪み部は、第２の部材の貫通部を囲むように全周にわたって窪んでいる。窪み部には、シール材が設けられている。

【0010】

このように、第１の部材及び第２の部材の重ね合わせ面の隙間をシール材で塞ぐことで、第１の部材及び第２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。

【0011】

これにより、第１の部材と第３の部材が溶接される溶接箇所である溶接部の周囲において、第１の部材と第２の部材とが重なり合う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、
前記窪み部の少なくとも一部は、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ方向と交差する方向に開口している。

【0013】

第２の態様では、第１の部材及び第２の部材の重ね合わせ方向と交差する方向に窪み部が開口している。例えば、第２の部材の側面の一部を切り欠くことで、窪み部を開口させるようにする。

【0014】

これにより、溶接時の熱によって変形したシール材や、シール材の一部が蒸発することで生じたガスを、窪み部から開口に向かって逃がすことができる。

【0015】

第３の態様は、第１又は第２の態様において、
前記窪み部の少なくとも一部は、前記第１の部材及び前記第２の部材の重ね合わせ方向に開口している。

【0016】

第３の態様では、第１の部材及び第２の部材の重ね合わせ方向に窪み部が開口している。例えば、第２の部材に窪み部を設けるとともに、第１の部材の端縁部を平面視で窪み部に重なり合うようにずらして配置することで、窪み部を開口させるようにする。

【0017】

【0018】

第４の態様は、第１乃至第３の態様のうち何れか１つにおいて、
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、前記窪み部に連通する開口としての連通部が設けられ、
前記連通部は、前記溶接部とは別空間に形成されている。

【0019】

第４の態様では、第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方には、連通部が設けられている。連通部は、窪み部に連通している。

【0020】

これにより、溶接時の熱によって変形したシール材や、シール材の一部が蒸発することで生じたガスを、連通部から逃がすことができる。

【0021】

第５の態様は、第１乃至第４の態様のうち何れか１つにおいて、
前記窪み部は、前記第２の部材に比べて板厚が薄い前記第１の部材側に、立体形状に塑性変形されて形成されている。

【0022】

これにより、第２の部材に比べて板厚が薄い第１の部材側の強度を向上させている。

【発明の効果】

【0023】

本開示の態様によれば、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】

【0024】

【図1】図１は、本実施形態１に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図3】図３は、本実施形態２に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

【図4】図４は、図３のＢ－Ｂ矢視断面図である。

【図5】図５は、本実施形態３に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

【図6】図６は、本実施形態４に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

【図7】図７は、本実施形態５に係る接合構造を説明するための側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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。

【0026】

《実施形態１》
図１は、金属材で構成された第１の部材１０と、第１の部材１０に対して溶接が困難な材料で構成された第２の部材２０と、溶加材で構成された第３の部材３０とを互いに接合するための接合構造を示している。

【0027】

第１の部材１０は、金属材で構成された板状の部材である。

【0028】

第２の部材２０は、第１の部材１０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る。第２の部材２０は、第１の部材１０の上側に重ね合わされている。第２の部材２０は、第１の部材１０に向かって貫通する円形状の貫通部２１を有する。

【0029】

なお、本実施形態では、貫通部２１を円形状の貫通孔として説明するが、楕円状や長孔状の貫通孔であってもよい。

【0030】

第２の部材２０には、窪み部４１が設けられている。窪み部４１は、第２の部材２０における第１の部材１０との重ね合わせ面に設けられている。窪み部４１は、貫通部２１とは別空間に形成され、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる。

【0031】

また、窪み部４１は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成され、溶接部を囲むように全周にわたって窪んでいる。

【0032】

窪み部４１には、シール材４０が設けられている。シール材４０は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間を塞いでいる。シール材４０は、例えば、窪み部４１に塗布された樹脂材や接着剤である。なお、シール材４０としてＯリングやガスケット等を用いて、窪み部４１に嵌め込むようにしてもよい。

【0033】

窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向と、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向とにそれぞれ開口している。

【0034】

図２に示す例では、窪み部４１は、平面視で矩形枠状に形成されている。第２の部材２０における上側、下側、左側の三辺は、第２の部材２０の側面の一部が切り欠かれている。これにより、窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向（図２の上方向、下方向、左方向）に開口している。

【0035】

第１の部材１０の右側の端縁部は、平面視で窪み部４１の一部に重なり合うようにずらして配置されている。これにより、図１で右側の窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向（図１の下方向）に開口している。

【0036】

第３の部材３０は、第１の部材１０と同種系の金属材である溶加材で構成されている。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よ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、溶接の相性がよい同種系の材料のことである。

【0037】

具体的には、溶接時における第１の部材１０と第３の部材３０との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。

【0038】

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

【0039】

例えば、同種系の金属材としての第１の部材１０及び第３の部材３０を鉄系金属材にした場合、異種材としての第２の部材２０は、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）、エンジニアリング・プラスチック (Engineering plastic）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。

【0040】

なお、以下の説明では、第１の部材１０として軟鋼材、第２の部材２０としてアルミ材、溶加材である第３の部材３０として軟鋼材を用いた場合について説明する。

【0041】

アーク溶接機１は、ノズル２と、チップ３とを備えている。ノズル２は、溶接対象物の溶接箇所にシールドガス等を供給する。チップ３は、第３の部材３０に対して溶接電流を供給する。

【0042】

アーク溶接機１は、第２の部材２０の貫通部２１内に第３の部材３０を送給しながら溶接電流を供給することで、第３の部材３０と第１の部材１０との間にアーク５を発生させる。アーク溶接により溶融した第３の部材３０は、第１の部材１０に溶融結合されるとともに、貫通部２１内に積層されていく。そして、溶融した第３の部材３０は、貫通部２１内を埋め尽くした後、貫通部２１の上面側の周縁部に流れ出し、フランジ状に広がる。

【0043】

溶融した第３の部材３０がビードとなる過程で、第３の部材３０には、第２の部材２０の貫通部２１の周縁部を押さえるフランジ部３１が設けられる。フランジ部３１は、第２の部材２０における第１の部材１０とは反対側の面（図１では上面）において、貫通部２１よりも径方向外方に張り出している。

【0044】

シール材４０は、溶接時の熱によって変形する。また、シール材４０の一部は、溶接時の熱によって蒸発してガスとなる。ここで、上述したように、窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向と、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向とにそれぞれ開口している。そのため、窪み部４１内で変形して流動するシール材４０や、窪み部４１内で生じたガスを、窪み部４１から開口に向かって逃がすことができる。また、少なくとも板厚方向の開口に向かってガスを逃がすことができる。

【0045】

その後、第１の部材１０に対して第３の部材３０が凝固収縮することで、フランジ部３１と第１の部材１０との間に、異種材である第２の部材２０が圧縮固定される。

【0046】

なお、窪み部４１は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成される。第１の部材１０に窪み部４１として形成されたシール材４０用の縦方向注入経路と、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる横方向連通経路とに、シール材４０が注入される。シール材４０によって、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間を塞ぎ、シール性を向上させる。この状態で、第１の部材１０と第３の部材３０とを溶接することにより、外周側からの水分の侵入を防止することができる。

【0047】

以上のように、本実施形態に係る接合構造によれば、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間をシール材４０で塞ぐことで、第１の部材１０及び第２の部材２０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。

【0048】

【0049】

《実施形態２》
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。

【0050】

図３に示すように、第２の部材２０には、窪み部４１が設けられている。窪み部４１は、第２の部材２０における第１の部材１０との重ね合わせ面に設けられている。窪み部４１は、貫通部２１とは別空間に形成され、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる。また、窪み部４１は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成され、溶接部を囲むように全周にわたって窪んでいる。

【0051】

窪み部４１には、シール材４０が設けられている。シール材４０は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間を塞いでいる。

【0052】

図４に示す例では、窪み部４１は、平面視で矩形枠状に形成されている。窪み部４１は、第２の部材２０の側面の一部が切り欠かれることで、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向（図４の上方向、下方向、左方向）に開口している。

【0053】

第１の部材１０は、図３で右側の窪み部４１の下方開口を塞ぐように配置されている。第１の部材１０及び第２の部材２０には、開口部である連通部４２が設けられている。連通部４２は、図３で右側の窪み部４１に連通している。

【0054】

連通部４２は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成されている。

【0055】

図４にも示すように、連通部４２は、円形状の連通孔で形成されている。第１の部材１０及び第２の部材２０に１つずつ設けられている。なお、連通部４２は、平面視で窪み部４１に沿って間隔をあけて複数設けるようにしてもよい。

【0056】

ここで、アーク溶接機１によって、第１の部材１０に対して第３の部材３０を溶接すると、溶接時の熱でシール材４０が変形する。また、シール材４０の一部は、溶接時の熱によって蒸発してガスとなる。

【0057】

図３に示す例では、窪み部４１は、第２の部材２０の側面の一部が切り欠かれることで、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向（図３で左方向）に開口している。また、窪み部４１は、連通部４２によって、第１の部材１０及び第２の部材２０の板厚方向である重ね合わせ方向（図３で上下方向）に開口している。連通部４２は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成される。

【0058】

これにより、窪み部４１内で変形して流動するシール材４０や、窪み部４１内で生じたガスを、窪み部４１から開口に向かって逃がすとともに、少なくとも板厚方向である重ね合わせ方向の開口としての連通部４２からも逃がすことができる。

【0059】

《実施形態３》
図５に示すように、第１の部材１０には、窪み部４１が設けられている。窪み部４１は、第１の部材１０における第２の部材２０との重ね合わせ面に設けられている。窪み部４１は、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０をプレス成形することによって、立体形状に塑性変形されて形成されている。窪み部４１は、下方に向かって段差状に窪んでいる。窪み部４１は、貫通部２１とは別空間に形成され、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる。

【0060】

窪み部４１には、シール材４０が設けられている。シール材４０は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間を塞いでいる。

【0061】

【0062】

図５で右側の窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向と交差する方向（図５の右方向）に開口している。

【0063】

第２の部材２０の左側の端縁部は、平面視で窪み部４１の一部に重なり合うようにずらして配置されている。これにより、図５で左側の窪み部４１は、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ方向（図５の上方向）に開口している。

【0064】

これにより、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０側に、プレス成形により立体形状に塑性変形された窪み部４１を形成することで、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０側の強度を向上させている。

【0065】

また、窪み部４１は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成される。第１の部材１０に窪み部４１として形成されたシール材４０用の縦方向注入経路と、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる横方向連通経路とに、シール材４０が注入される。シール材４０によって、第１の部材１０及び第２の部材２０の重ね合わせ面の隙間を塞ぎ、シール性を向上させる。この状態で、第１の部材１０と第３の部材３０とを溶接することにより、外周側からの水分の侵入を防止することができる。

【0066】

また、溶接時の熱によって、窪み部４１内でシール材４０変形したりガスが発生した場合でも、流動するシール材４０やガスを窪み部４１から開口に向かって逃がすことができる。また、少なくとも板厚方向の開口に向かってガスを逃がすことができる。

【0067】

《実施形態４》
図６に示すように、第１の部材１０には、窪み部４１が設けられている。窪み部４１は、第１の部材１０における第２の部材２０との重ね合わせ面に設けられている。窪み部４１は、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０をプレス成形することによって、立体形状に塑性変形されて形成されている。窪み部４１は、下方に向かって段差状に窪んでいる。窪み部４１は、貫通部２１とは別空間に形成され、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる。

【0068】

第２の部材２０は、窪み部４１の上方開口を塞ぐように配置されている。第２の部材２０には、開口としての連通部４２が設けられている。連通部４２は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に設けられている。連通部４２は、窪み部４１に連通している。図６に示す例では、左右の窪み部４１に連通する位置に連通部４２を設けるようにしているが、連通部４２の数や位置は、任意に設定すればよい。

【0069】

これにより、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０側に、プレス成形により立体形状に塑性変形された窪み部４１を形成することにより、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０側の強度を向上させている。

【0070】

【0071】

また、溶接時の熱によって、窪み部４１内でシール材４０が変形したりガスが発生した場合でも、流動するシール材４０やガスを少なくとも板厚方向の開口である連通部４２から逃がすことができる。

【0072】

《実施形態５》
図７に示すように、第１の部材１０には、窪み部４１が設けられている。窪み部４１は、第１の部材１０における第２の部材２０との重ね合わせ面に設けられている。窪み部４１は、第２の部材２０に比べて板厚が薄い第１の部材１０をプレス成形することによって、立体形状に塑性変形されて形成されている。窪み部４１は、下方に向かって段差状に窪んでいる。窪み部４１は、貫通部２１とは別空間に形成され、貫通部２１を囲むように全周にわたって窪んでいる。また、窪み部４１は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に形成され、溶接部を囲むように全周にわたって窪んでいる。第２の部材２０は、窪み部４１の上方開口を塞ぐように配置されている。

【0073】

第１の部材１０には、開口としての連通部４２が設けられている。連通部４２は、第１の部材１０と第３の部材３０が溶接される溶接箇所である溶接部とは別空間に設けられている。連通部４２は、窪み部４１に連通している。図７に示す例では、左右の窪み部４１に連通する位置に連通部４２を設けるようにしているが、連通部４２の数や位置は、任意に設定すればよい。

【0074】

【0075】

【0076】

【0077】

《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。

【0078】

本実施形態では、第１の部材１０の窪み部４１に対してアーク溶接を行うようにしたが、例えば、溶加材としてのフィラーワイヤを用いて、レーザ溶接を行う、いわゆるレーザフィラー溶接を行うようにしてもよい。

【0079】

また、本実施形態では、第１の部材１０又は第２の部材２０に窪み部４１を設けるようにしたが、第１の部材１０及び第２の部材２０のそれぞれに窪み部４１を設けるようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0080】

以上説明したように、本発明は、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。