(57)【要約】【課題】欠陥の発生を抑制できる、溶接方法、溶接物の製造方法、及び溶接物を提供する。【解決手段】実施形態に係る溶接方法は、前処理工程及び溶接工程を備える。前記前処理工程では、ダイキャストにより形成された第１部材の一部を溶融させた後、前記一部を凝固させる。前記溶接工程では、凝固した前記第１部材の前記一部と第２部材を接触させた状態で溶融させることで、前記第１部材と前記第２部材を溶接する。【選択図】図２
2020015059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイキャストにより形成された第１部材の一部を溶融させた後、前記一部を凝固させる前処理工程と、
凝固した前記第１部材の前記一部と第２部材を接触させた状態で溶融させることで、前記第１部材と前記第２部材を溶接する溶接工程と、
を備えた溶接方法。
【請求項２】
前記溶接工程において、溶融される前記第１部材の深さは、凝固した前記第１部材の前記一部の厚みよりも浅い請求項１記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接工程において、前記第１部材の前記一部を溶融させるための加熱温度は、前記前処理工程において前記第１部材の前記一部を溶融させるための加熱温度よりも低く設定される請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記第１部材を切削する切削工程をさらに備え、
前記溶接工程において、切削された前記第１部材と前記第２部材が溶接される請求項１〜３のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項５】
前記切削工程は、前記前処理工程の後に行われ、
前記切削工程において、前記第１部材の前記一部の少なくとも一部を残すように前記第１部材を切削する請求項４記載の溶接方法。
【請求項６】
前記第１部材及び前記第２部材は、アルミニウムを含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項７】
前記第１部材は、凹部と、前記凹部の周りに設けられた凸部と、を有し、
前記第１部材の前記一部は、前記凸部の表面を含み、
前記溶接工程において、前記第１部材と前記第２部材を溶接することで、前記凹部、前記凸部、及び前記第２部材により囲われた空間を封止する請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項８】
ダイキャストにより形成された第１部材と第２部材とからなる溶接物の製造方法であって、
前記第１部材の一部を溶融させた後、前記一部を凝固させる前処理工程と、
凝固した前記第１部材の前記一部と前記第２部材を接触させた状態で溶融させることで、前記第１部材と前記第２部材を溶接する溶接工程と、
を備えた溶接物の製造方法。
【請求項９】
金属を含む第１部分と、
溶接部を介して前記第１部分に連なる第２部分と、
を備え、
前記第１部分は、前記溶接部から離れた第１領域と、前記第１領域と前記溶接部との間に設けられた第２領域と、を有し、
前記第２領域におけるボイドの密度は、前記第１領域におけるボイドの密度よりも低い溶接物。
【請求項１０】
前記第１部分は、凹部と、前記凹部の周りに設けられた凸部と、を有し、
前記溶接部は、前記凸部と前記第２部分との間に周方向に沿って設けられ、
前記凹部、前記凸部、及び前記第２部分により囲われた空間は、封止されている請求項９記載の溶接物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接方法、溶接物の製造方法、及び溶接物に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接では、２つ以上の部材を溶融させ、一体化して１つの部材を作製する。部材同士が溶接された部分（溶接部）には、欠陥が少ないことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、欠陥の発生を抑制できる、溶接方法、溶接物の製造方法、及び溶接物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る溶接方法は、前処理工程及び溶接工程を備える。前記前処理工程では、ダイキャストにより形成された第１部材の一部を溶融させた後、前記一部を凝固させる。前記溶接工程では、凝固した前記第１部材の前記一部と第２部材を接触させた状態で溶融させることで、前記第１部材と前記第２部材を溶接する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る溶接方法により溶接される部材を例示する斜視図である。
【図２】実施形態に係る溶接方法を表すフローチャートである。
【図３】実施形態に係る溶接方法を表す工程断面図である。
【図４】実施形態に係る溶接方法を用いて製造された溶接物を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
図１は、実施形態に係る溶接方法により溶接される部材を例示する斜視図である。
一例として、実施形態に係る溶接方法により、図１に表した第１部材１０と第２部材２０が溶接される。第１部材１０は、凹部１１と、凹部１１の周りに設けられた凸部１２と、を有する。第２部材２０は、平板状である。例えば、第１部材１０の凸部１２と第２部材２０の外周が溶接されることで、凹部１１、凸部１２、及び第２部材２０により囲われた空間が封止される。
【０００９】
第１部材１０は、ダイキャストにより形成される。ダイキャストでは、まず、溶融した金属が金型に圧入される。その後、金属が固化することで、金型の形状が転写された部材が形成される。第１部材１０は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅、又は鉄を含む。第１部材１０と第２部材２０を溶接できれば、第２部材２０の形状、材料、作製方法などは任意である。例えば、第２部材２０は、第１部材１０と同じ金属を含む。
【００１０】
図２は、実施形態に係る溶接方法を表すフローチャートである。
図３は、実施形態に係る溶接方法を表す工程断面図である。
実施形態に係る溶接方法は、図２に表したように、前処理工程及び溶接工程を備える。図２に表した例では、切削工程がさらに含まれている。以降で、各工程について具体的に説明する。
【００１１】
前処理工程では、図３（ａ）に表したように、第１部材１０の一部（凸部１２の表面）にレーザ光Ｌを照射して加熱し、第１部材１０の一部を溶融させる。レーザ光の他に、電子ビームなどで第１部材１０が加熱されても良い。例えば、第１部材１０がアルミニウムを含む場合、第１部材１０の一部が６６０℃以上に加熱される。第１部材１０が鉄を含む場合、第１部材１０の一部が１５４０℃以上に加熱される。第１部材１０が合金からなる場合は、第１部材１０の一部がその合金の融点以上に加熱される。
【００１２】
ダイキャストにより形成された第１部材１０の内部には、多数のボイドＶが存在する。ボイドＶは、ダイキャスト時に、溶接金属内のガスが大気中へ放出されず、金属内に閉じ込められて生じた空洞である。第１部材１０の一部が溶融し、且つ加熱によりボイドＶ中のガスが膨張すると、溶融金属が吹き飛ばされ、ガスが第１部材１０から放出される。
【００１３】
ガスが放出されると、ボイドＶに溶融した金属が流れ込み、ボイドＶが埋め込まれる。その後、溶融した部分が冷却し固化すると、図３（ｂ）に表したように、ボイドＶの密度が低い部分が形成される。以降では、説明の便宜のため、ダイキャスト後に再度凝固して形成された当該部分を、再凝固層１３と言う。なお、再凝固層１３には、ボイドＶが含まれていなくても良い。すなわち、再凝固層１３におけるボイドＶの密度が０であっても良い。
【００１４】
再凝固層１３の表面には、窪み１４が形成されていても良い。窪み１４は、膨張したボイドＶ中のガスにより溶融金属が吹き飛ばされて形成される。なお、本願明細書において、「ボイド」は、第１部材１０の内部に設けられた空洞を指し、再凝固層１３表面に形成された窪み１４は含まない。すなわち、ボイドの密度を算出する際には、窪み１４は考慮されない。
【００１５】
第１部材１０と第２部材２０を溶接し、これらの部材の内側の空間を封止する場合、レーザ光Ｌは、凸部１２の表面に周方向に沿って順次照射される。これにより、凸部１２の全周に亘って、ボイドＶが少ない再凝固層１３が形成される。
【００１６】
切削工程では、図３（ｃ）に表したように、第１部材１０が所定の形状になるように、第１部材１０を切削する。切削する位置、大きさ、形状などは任意である。ただし、再凝固層１３の少なくとも一部が残るように、第１部材１０が切削される。
【００１７】
溶接工程では、まず、図３（ｄ）に表したように、第１部材１０の再凝固層１３と第２部材２０を接触させる。次に、図３（ｅ）に表したように、再凝固層１３と第２部材２０にレーザ光Ｌを照射して加熱し、再凝固層１３と第２部材２０を溶融させる。このとき、再凝固層１３の表面に窪み１４が存在する場合は、窪み１４に溶融した金属が流れ込み、窪み１４が埋め込まれる。
【００１８】
溶融した再凝固層１３と第２部材２０が混ざり合い凝固することで、図３（ｆ）に表したように、溶接部１５が形成される。第１部材１０と第２部材２０は、溶接部１５を介して接合され、一体化された溶接物が製造される。
【００１９】
第１部材１０と第２部材２０の内側の空間Ｓを封止する場合、溶接工程では、前処理工程と同様に、周方向に沿って再凝固層１３及び第２部材２０にレーザ光Ｌを照射する。これにより、第１部材１０の凸部１２と第２部材２０の外周とが溶接され、空間Ｓが封止される。
【００２０】
ここで、実施形態の効果を説明する。
上述した通り、ダイキャストにより形成された第１部材１０には、多数のボイドＶが含まれる。これらのボイドＶ中のガスは、第１部材１０が加熱された際に、膨張し、溶融金属を吹き飛ばす。第１部材１０と第２部材２０の溶接時にこの現象が発生すると、溶接部に欠陥（空隙）が発生する。溶接部に欠陥が発生すると、第１部材１０と第２部材２０が適切に溶接されない可能性がある。また、溶接により第１部材１０と第２部材２０により囲われた空間を封止する場合、溶接部に欠陥が有ると、当該空間の気密性が低下する。このため、第１部材１０と第２部材２０の溶接時には、欠陥が発生し難いことが望ましい。
【００２１】
実施形態に係る溶接方法では、溶接工程の前に、前処理工程が行われる。前処理工程により、第１部材１０に再凝固層１３が形成される。再凝固層１３では、上述した通り、第１部材１０の他の部分よりもボイドＶが少ない。従って、再凝固層１３と第２部材２０を溶接することで、溶接部１５に欠陥が発生することを抑制できる。例えば、溶接により第１部材１０と第２部材２０により囲われた空間を封止する場合、この空間の気密性を向上させることができる。
【００２２】
第１部材１０の形状を加工する必要が無い場合、実施形態に係る溶接方法は、切削工程を備えていなくても良い。切削工程が行われる場合、切削工程と前処理工程の順番は任意である。ただし、望ましくは、切削工程は前処理工程の後に行われる。前処理工程では、第１部材１０の一部が溶融されるため、第１部材１０の形状が変化する可能性がある。前処理工程の後に切削工程を行うことで、切削工程により得られた第１部材１０の形状が変化することを防止できる。この結果、所望の形状の第１部材１０を第２部材２０と溶接することができる。
【００２３】
また、溶接工程で第１部材１０の一部が溶融される際、図３（ｅ）に表したように、溶融される第１部材１０の深さａは、再凝固層１３の厚みｂよりも浅いことが望ましい。深さａが厚みｂよりも深いと、再凝固層１３に加え、再凝固層１３以外のボイドＶが多い部分も溶融される。このため、溶接部１５に欠陥が発生し易くなる。深さａを厚みｂよりも浅くすることで、再凝固層１３の一部のみを溶融させ、溶接部１５における欠陥の発生を効果的に抑制できる。
【００２４】
深さａを厚みｂより浅くするために、例えば、溶接工程において、再凝固層１３を溶融させるための加熱温度が、前処理工程において第１部材１０の一部を溶融させるための加熱温度よりも低く設定される。前処理工程及び溶接工程において加熱にレーザ光が用いられる場合、例えば、溶接工程におけるレーザ光のパワーが、前処理工程におけるレーザ光のパワーよりも低く設定される。又は、溶接工程におけるレーザ光の単位面積あたりの照射時間が、前処理工程におけるレーザ光の単位面積あたりの照射時間よりも短く設定される。
【００２５】
なお、第１部材１０と第２部材２０の接合だけが目的の場合、溶接部１５に欠陥が発生しても、第１部材１０と第２部材２０が十分に接合される可能性がある。しかし、第１部材１０と第２部材２０の内側の空間を封止する場合、溶接部１５に欠陥が有ると、当該空間を封止できない。従って、実施形態に係る溶接方法は、特に、第１部材１０と第２部材２０を溶接し、これらの部材に囲われた空間を封止することで、封止筐体を作製する場合に好適に用いられる。
【００２６】
以上で説明した実施形態に係る溶接方法及び溶接物の製造方法は、例えば、二次電池、ヒートシンク等の熱交換器、エアバッグ等に使用されるガス発生機、エアコン用の回転子などの装置の製造に好適に用いられる。これらの装置の製造工程では、２つ以上の部材を溶接し、それらの部材の内側の空間を封止することで、封止筐体が作製されるためである。
【００２７】
図４を参照して、実施形態に係る溶接方法を用いて製造された部材について説明する。
図４（ａ）は、実施形態に係る溶接方法を用いて製造された溶接物を表す斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００２８】
図４（ａ）に表した溶接物３０は、第１部分３１及び第２部分３２を有する。第１部分３１及び第２部分３２は、それぞれ、図１に表した第１部材１０及び第２部材２０に対応する。従って、第１部分３１は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅、鉄などのダイキャストに用いられる金属を含む。第２部分３２は、例えば、第１部分３１と同じ金属を含む。
【００２９】
図４（ｂ）に表したように、第１部分３１と第２部分３２との間には、溶接部３３が存在する。第２部分３２は、溶接部３３を介して第１部分３１に連なっている。溶接部３３は、第１部材１０と第２部材２０が溶融して混ざり合った後、凝固して形成された部分である。
【００３０】
第１部分３１は、溶接部３３から離れた位置にある第１領域３１ａと、第１領域３１ａと溶接部３３との間に位置する第２領域３１ｂと、を有する。第２領域３１ｂにおけるボイドＶの密度は、第１領域３１ａにおけるボイドＶの密度よりも低い。第２領域３１ｂは、溶接工程において溶融しなかった再凝固層１３の一部に対応する。図３（ｅ）に表したように深さａが厚みｂよりも浅い場合、第２領域３１ｂが形成される。
【００３１】
溶接部３３に隣接する位置に、ボイドＶが少ない第２領域３１ｂが設けられることで、溶接物３０の溶接部３３近傍における強度を向上させることができる。例えば、溶接物３０の内側の空間が封止されている場合、溶接部３３近傍の強度が向上することで、衝撃等が加えられても当該空間の封止が破れ難くなり、溶接物３０の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
以上で説明した実施形態に係る溶接方法によれば、第１部材と第２部材との溶接部における欠陥の発生を抑制できる。実施形態に係る溶接物の製造方法によれば、溶接部における欠陥が少ない溶接物を製造できる。実施形態に係る溶接物によれば、溶接部近傍の強度を向上させることができる。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 第１部材、  １１ 凹部、  １２ 凸部、  １３ 再凝固層、  １４ 窪み、  １５ 溶接部、  ２０ 第２部材、  ３０ 溶接物、  ３１ 第１部分、  ３１ａ 第１領域、  ３１ｂ 第２領域、  ３２ 第２部分、  ３３ 溶接部、  Ｌ レーザ光、  Ｓ 空間、  Ｖ ボイド、  ａ 深さ、  ｂ 厚み
【図１】
2020015059.tif 000003
【図２】
2020015059.tif 000004
【図３】
2020015059.tif 000005
【図４】
2020015059.tif 000006