CN108778609A - 接合结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供接合结构，其具备：第一材料(1)；能够与第一材料焊接的第二材料(2)；以及至少一部分被夹持在第一材料与第二材料之间、在被夹持的部分处具有贯通部且由分别相对于第一材料及第二材料难以焊接的材质构成的第三材料(3)，第一材料与第二材料经由贯通部而焊接，其中，在第一材料及第二材料中的至少一方设置有插入到贯通部中的突起部(14)，并且，在贯通部的内周面与突起部之间设置有第一间隙(4)，并且，在与突起部对应的区域，在第一材料与第二材料之间设置有与区域中的第一材料的板厚相应的第二间隙(5)，在第二间隙的大小为0.1mm以上且为区域中的第一材料的板厚的40％以下的状态下，从第一材料侧照射激光而将第一材料与第二材料焊接。

Description

接合结构

技术领域

本公开涉及接合结构。

背景技术

近年来，由于全球化，以机动车为代表的输送设备的生产量增加。与此相伴，对于每台机动车等产品的总成本降低、尤其是通过缩短生产时间来提高生产率的愿望不断高涨。

另外，为了防止地球变暖，在全球范围内强烈要求限制CO₂的排出量，在以机动车产业为代表的输送产业，为了应对该要求而不断加速向燃耗改善的努力。作为针对该燃耗改善的具体的努力，追求车辆重量的轻量化，不断推进增加轻量原材料的使用比例的研究。

在进行这种研究的过程中，作为在生产机动车等输送设备时使用的焊接方法，广泛普及了点焊。在作为电阻焊的点焊中，需要利用进行点焊的点焊用的焊枪即上下的电极对焊接材进行加压，在消除焊接材之间的间隙的状态下对上下的电极之间进行通电，由此进行焊接。因此，点焊不适用于单侧焊接。另外，为了对焊接材进行加压，需要设置供具备点焊用的电极的上下的焊枪进入焊接材的上下部分的空间，因此，在产品形状方面产生制约。此外，由于点焊用的焊枪自身的重量重，因此，移动速度慢，即便到达焊接位置也需要对焊接材进行加压的时间，在焊接后还必须确保用于冷却焊接材的时间。即，在点焊中，除了焊接以外还需要较多的时间。

另外，针对用于机动车的材料的轻量化，进行了将部件的一部分从钢变更为铝等轻金属材料的研究，谋求将轻金属材料与钢接合的技术及结构。

通常，钢与相对于钢而言为异种材的铝之间的接合非常困难。因此，以往作为针对异种材的接合用构件，进行了使用铆钉的点焊和使用粘接剂的接合等。例如在专利文献1中，记载有对由于被铆钉和与铆钉材质种类相同的接合材夹持的异种材的加压以及点焊时的焊接热而导致的异种材的塑性流动进行吸收的铆钉形状、铆接以及点焊方法。根据该方法，能够由铆钉确保在铆接时及点焊时异种材的一部分发生变形而移动的空间，能够防止因点焊时的电极的位置偏移等而导致的异种材的陷落等，从而能够抑制紧固力降低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-42417号公报

发明内容

使用图6来说明以往的异种材的接合构件。如图6所示，异材接合体100由铆钉51、第一被接合材200以及第二被接合材300构成。这里，铆钉51与第二被接合材300为同种材。另外，第一被接合材200是与铆钉51及第一被接合材200材料不同的异种材。铆钉51具备轴部52和头部53。此外，头部53具有圆角(Radius)形状的倒角30、环状槽31以及平坦部32。能够利用倒角30、环状槽31、平坦部32来确保在铆接时及点焊时第一被接合材200的一部分发生变形而移动的空间，防止因点焊时的电极400的位置偏移(电极400的轴Z1与铆钉51的轴Z2的偏移)等而导致的第一被接合材200的陷落等，抑制紧固力降低。然而，在该情况下，铆钉51的形状复杂，需要进行精密加工等，因此，制造成本变高。另外，由于铆钉51与第二被接合材300通过点焊而接合，因此，在加压、通电、冷却、移动等时耗费时间，因此作业时间变长。另外，需要将铆钉51与第二被接合材300从两侧夹入，因此设计自由度受到限制。此外，当铆钉彼此的间隔过于接近时，点焊的电流向相邻的铆钉分流，点焊时在焊接部X产生的焊接凝固后的部分即熔核形成变得不充分。因此，需要确保不使电流分流且能够进行所希望的熔核形成的最小分离间距以上的接合间距，存在无法在必要部位增加接合的刚性这样的课题。

本公开提供一种能够进行异种材接合且提高生产率的激光焊接用的简单的接合结构。

为了解决上述课题，本公开的一方式的接合结构具备：第一材料；第二材料，其由能够与第一材料焊接的同种系的金属材构成；以及第三材料，其至少一部分被夹持在第一材料与第二材料之间，在被夹持的部分处具有贯通部，且由分别相对于第一材料及第二材料难以焊接的材料构成，第一材料与第二材料经由贯通部而焊接。在第一材料及第二材料中的至少一方设置有插入到贯通部中的突起部。并且，在贯通部的内周面与突起部之间设置有第一间隙。并且，在板厚方向上的与突起部对应的区域，在第一材料与第二材料之间设置有与区域中的第一材料的板厚相应的第二间隙。在第二间隙的大小为0.1mm以上且为区域中的第一材料的板厚的40％以下的状态下，从第一材料侧照射激光而将第一材料与第二材料焊接。

另外，本公开的一方式的接合结构在上述基础上构成为，贯通部的内周面通过激光对突起部的焊接热量输入而被间接地输入热量并熔融，紧贴固定于突起部的外周侧。

另外，本公开的一方式的接合结构在上述基础上构成为，从照射激光的方向观察时，激光向突起部照射的照射区域小于突起部的设置有外缘部的区域。

另外，本公开的一方式的接合结构在上述基础上构成为，在贯通部内的第一材料与第二材料之间配置有由分别相对于第一材料及第二材料能够焊接的材料构成的间隔件。间隔件的厚度是比区域中的第一材料的板厚小且与第二间隙的大小相应的厚度。

附图说明

图1A是用于说明本公开的实施方式1中的焊接前后的接合结构的剖视图。

图1B是用于说明本公开的实施方式1中的焊接前后的接合结构的剖视图。

图1C是用于说明本公开的实施方式2中的焊接前后的接合结构的剖视图。

图1D是用于说明本公开的实施方式4中的焊接前后的接合结构的剖视图。

图2A是用于说明本公开的实施方式1中的激光焊接时的接合状况的立体图。

图2B是用于说明本公开的实施方式1中的激光焊接时的接合状况的立体图。

图2C是用于说明本公开的实施方式1中的激光焊接时的接合状况的立体图。

图3是示出表示对本公开的实施方式1中的第一材料的板厚与板厚方向的突起部间的间隙即第二间隙之间的关系进行测定而得到的结果的图表的图。

图4A是示出本公开的实施方式1中的使用例的图。

图4B是示出本公开的实施方式1中的使用例的图。

图5是示出表示对本公开的实施方式3中的作为异种材的第三材料的材质与第一间隙的关系进行测定而得到的结果的图表的图。

图6是示出以往的异种材接合的方式的图。

具体实施方式

(实施方式1)

首先使用图1A和图2A对实施方式1进行说明。图1A是用于说明本公开的实施方式1中的焊接前后的接合结构的剖视图。图2A是用于说明本公开的实施方式1中的激光焊接时的接合状况的立体图。图1A示出第一材料1、第二材料2以及第三材料3的接合结构。另外，图1A是图2A的1A-1A线剖视图，示出作为上板的第一材料1为圆形形状的接合结构。

这里，第一材料1及第二材料2的材质是能够相互焊接的同种系的金属材。另外，第三材料3的材质是与第一材料1及第二材料2不同的异种材，是分别相对于第一材料及第二材料2难以焊接的材质。如图1A所示，在接合时，作为异种材的第三材料3被作为同种系的金属材的第一材料1与第二材料2夹入而配置。这里，在第三材料3上预先加工有作为贯通部的贯通孔12。另外，第一材料1及第二材料2具有突起部14，各自的突起部14以相互对置的方式插入到贯通孔12而配置。由于向第三材料3的贯通孔12插入第一材料1及第二材料2各自的突起部14，因此，贯通孔12具有抑制第一材料1及第二材料2相对于贯通孔12的位置偏移的效果。另外，突起部14具有能够通过目视来确认激光照射位置的记号及焊缝形成位置的妥当性这样的优点。

需要说明的是，在本公开中，将贯通部设成了贯通孔12，但也可以为贯通槽。

另外，同种系的金属材是能够相互焊接的金属，不仅仅是相同的材质彼此，而且是铁系金属材彼此、非铁系金属材彼此等焊接接合性好的金属材。换言之，同种系的金属材是焊接的相容性好的同种系的材料。具体而言，作为焊接时的第一材料1与第二材料2的组合，举出以下的组合。作为铁系金属材的组合，有软钢与软钢、软钢与不锈钢、不锈钢与不锈钢、软钢与高强度钢(高抗拉钢)、高强度钢与不锈钢、高强度钢与高强度钢等。另外，作为非铁系金属材，有铝与铝、铝与铝合金、铝合金与铝合金等。

另外，作为异种材的第三材料3是与作为同种系的金属材的第一材料1及第二材料2不同材质的材料，是分别相对于第一材料1及第二材料2难以焊接的材质。例如在作为同种系的金属材的第一材料1及第二材料2为铁系金属材的情况下，作为异种材的第三材料3为铜材或铝材等非铁系金属材。另外，例如将CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics，碳纤维强化塑料)、PET(PolyEthlen Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等这样的树脂材也列举为相对于金属材的异种材。

第一材料1及第二材料2的突起部14的形状在本实施方式中实质上相同。这里，如图1A所示，将对置配置的第一材料1及第二材料2的突起部14的突起外缘部9与第三材料3的贯通孔12的端部(内周面)之间的在与板厚方向正交的方向上的间隙设为第一间隙4。另外，将向第三材料3的贯通孔12插入第一材料1的突起部14和第二材料2的突起部14时的、突起部14间的板厚方向上的间隙设为第二间隙5。此外，将突起部14的内缘部的区域设为突起内缘部10。如图1A、图2A所示，在本实施方式中，使用作为激光的激光7进行焊接。如图2A所示，焊接通过如下方式进行：从第一材料1的板厚方向的上侧朝向能够照射激光7的区域(可接合范围)、即与突起部14对应的突起内缘部10内呈圆状地照射激光7。其结果是，如图1A所示，在突起内缘部10内形成作为焊接部8的一部分的焊缝11。焊接部8是第一材料1与第二材料2的被实施了焊接的部分，由作为在焊接中熔融的熔融金属发生凝固的焊接金属的焊缝11与受到焊接的热影响的热影响部构成。形成焊缝11。

如上所述，在本实施方式中，从第一材料1侧向与突起部14对应的突起内缘部10的区域照射激光7。在与该突起部14对应的区域中，设置在第一材料1与第二材料2之间的板厚方向上的间隙可以说是第二间隙5。换言之，贯通孔12的板厚方向上的第一材料1与第二材料2处于分离状态下的间隙为第二间隙5。

接着，使用图1A对焊接时及焊接后的接合状况进行说明。当向第一材料1的突起内缘部10内呈圆状地照射激光7而进行焊接时，形成作为焊接部8的一部分的焊缝11。此时，第一材料1的、在焊接时熔融的金属即焊接部8发生凝固收缩，因此，其间的第二间隙5缩小。

这样，在与被照射激光7的突起部14对应的区域中，在焊接前的第二间隙5存在的状态下从板厚方向照射激光7，作为同种系的金属材的第一材料1及第二材料2相互熔融结合并凝固收缩，由此在它们之间夹持的作为异种材的第三材料3被压缩固定。

具体而言，将第二间隙5的大小设定为，相对于处于被照射激光7这一侧的第一材料1的板厚t而言为4％以上且38％以下。在该情况下，焊接部8的凝固收缩成为由第一材料1与第二材料2夹持第三材料3的压缩力6，能够将第三材料3压缩固定。

相对于处于被照射该激光7这一侧的第一材料1的板厚t而言将第二间隙5的大小设为4％以上且38％以下的设定是根据实验数据而导出的，图3示出该实验数据的一例。

图3是示出表示对本公开的实施方式1中的第一材料1的板厚t与和突起部14对应的板厚方向的间隙即第二间隙5的关系进行测定而得到的结果的图表的图。

在本实验中，将第一材料1及第二材料2分别设为作为同种系的金属材料的软钢材，将第三材料3设为作为异种材的树脂材料即PET材。在该组合中，在第二材料2的上侧配置第一材料1，由第一材料1与第二材料2夹入第三材料3，在该状态下，从板厚方向朝第一材料1的突起内缘部10内呈圆状地照射激光7而进行了焊接。需要说明的是，在本实验中，将激光7的输出设定为3kW。

另外，第一材料1及第二材料2的突起内缘部10的直径设为φ10mm，第三材料3的贯通孔12的直径设为φ12mm。需要说明的是，从板厚方向朝突起部14照射的激光7的照射区域相对于突起内缘部10的直径而言减小规定的距离。即，在从照射激光7的方向观察时，激光7向突起部14照射的照射区域小于突起部14的突起内缘部10的区域。在本实验中，焊接设为接近突起内缘部10的直径且小于突起内缘部10的直径的φ8mm的圆状。需要说明的是，上述的数值是实施例，不局限于此。

接着，对图3的实验结果进行说明。在图3所示的图表中，横轴表示第一材料1的板厚t，纵轴表示第二间隙5的大小。例如，在板厚t为0.8mm的情况下，当第二间隙5的大小为0.1mm～0.3mm时，能够借助焊接部8的熔融金属的凝固收缩作用对第三材料3进行压缩固定。另外，当第二间隙5的大小超过0.3mm时，焊接线的一部分成为开孔状态，引起焊接不良。因此，在板厚t为0.8mm的情况下，第二间隙5的大小为第一材料1的板厚t的13％以上且38％以下时成为压缩固定的有效范围。

另外，在板厚t为2.3mm的情况下，当第二间隙5的大小为0.1mm～0.7mm时，能够借助焊接部8的熔融金属的凝固收缩作用对第三材料3进行压缩固定。当第二间隙5的大小超过0.7mm时，焊接线的一部分成为开孔状态，引起焊接不良。因此，在第一材料1的板厚t为2.3mm的情况下，第二间隙5的大小为第一材料1的板厚t的4％以上且30％以下时成为压缩固定的有效范围。由此，在与突起部14对应的区域、即板厚方向上的突起内缘部10或贯通孔12的区域中，若与处于被照射激光7这一侧的第一材料1的板厚t相应的第二间隙5的大小在规定的范围内，则能够进行焊接。具体而言，若第二间隙5的大小为第一材料1的板厚t的4％以上且38％以下，则能够进行焊接。此外，若第二间隙5的大小处于上述规定的范围内，则能够利用第一材料1与第二材料2对第三材料3进行压缩固定。

这意味着，在第一材料1的板厚t与第二间隙5的大小满足上述关系的情况下，与第一材料1的板厚t的最大30％～38％以下相当的熔融金属能够落入第二间隙5，而不开孔地对第二材料2进行压缩固定并接合。在第二间隙5的大小超过第一材料1的板厚t的最大30％～38％的情况下，无法确保填埋第二间隙5所需的熔融金属量，因此，会产生一部分开孔这样的状态。

反之，当第二间隙5小于0.1mm时，突起部14间的间隙过小，第一材料1与第二材料2相互熔融结合而将第三材料3压缩固定的压缩力6不足。

这样，在能够确保焊接时的熔融金属量的范围内，换言之在不产生开孔的范围内，第二间隙5越大，则突起部14间的焊接时的焊接部8的凝固收缩越是增大。由此，作为由第一材料1与第二材料2夹持第三材料3的固定力的压缩力6增大。

需要说明的是，在上述中，对从第一材料1侧照射了激光7的情况进行了叙述，但在从第二材料2侧照射激光7的情况下也能够获得同样的效果。即，在从第二材料2照射激光7的情况下，若第二间隙5的大小为第二材料2的板厚的约4％以上且40％以下，则能够对第一材料1与第二材料2进行焊接。此外，能够利用第一材料1与第二材料2对第三材料3进行压缩固定。

在本实施方式中，将第一材料1与第二材料2的突起部14的形状设为相同，但也可以不必相同。另外，作为激光照射方向，构成为从第一材料1侧照射激光7，但不局限于此。只要是以成为处于被照射激光7这一侧的材料的板厚的4％以上且38％以下的方式与从板厚方向照射激光7这一侧的同种系的金属材的板厚相应地设定突起部14间的第二间隙5，则能够确保在熔融时填埋第二间隙5所需的熔融金属量。根据该结构，通过焊接时的焊接部8的凝固收缩，能够由第一材料1与第二材料2夹着第三材料3进行压缩固定。

因此，即便将激光照射方向例如设为下侧而非上侧、从第二材料2这一侧照射激光7，也能够获得同样的效果。另外，在本实施方式中，第一材料1与第二材料2的材质为同种系的金属材，且分别记载为软钢材，但只要是作为能够相互焊接且获得接合强度的同种系的金属材的材质，则即便材质不同也没有问题。例如，作为同种系金属材的第一材料1及第二材料2可以考虑以下的组合。作为铁系金属材的组合，有软钢材彼此、不锈钢彼此、高强度钢彼此等、或者软钢与高强度钢(高抗拉钢)、高强度钢与不锈钢等的组合。另外，作为非铁金属材的组合，有铝材彼此、铝合金彼此、或者铝与铝合金等的组合。上述记载的铁系金属材及非铁金属材是能够进行激光接合的材质。另外，作为异种材的第三材料3，对应于激光的吸收率低且激光接合困难的铜、各种树脂材料、分别相对于第一材料1及第二材料2的焊接接合性的相容性差的材质。作为焊接接合性的相容性差的组合，例如，在将第一材料1及第二材料2设为软钢材的情况下，采用将第三材料3设为铝材来作为相对于软钢材进行焊接的材料这样的组合。或者也存在与之相反的组合的情况。

在上述，对作为异种材的第三材料3仅为一种的情况进行了叙述。以下，对使用了两种不同的异种材的情况进行说明。

图1B是示出使用了两种不同的异种材的情况下的接合结构的图。如图1B所示，在将两种不同的异种材即第三材料3与第四材料15接合的情况下，利用同种系的金属材即第一材料1及第二材料2来夹持第三材料3与第四材料15。而且，在第二间隙5的大小合适的状态下实施激光焊接。在该情况下，也能够利用第一材料1及第二材料2的熔融金属的凝固收缩作用所产生的压缩力6，来进行第三材料3及第四材料15的压缩固定。尤其是在两种不同的异种材即第三材料3与第四材料15为PET材等树脂材或CFRP等非金属材的情况下，激光7的透射率高。换言之，大多情况下，激光7的吸收率低。因此，与异种材仅为一种的情况同样地，利用第一材料1与第二材料2对第三材料3与第四材料15进行压缩固定的方式是有效的。具体而言，构成为设置使突起部14间分离的板厚方向上的第二间隙5，并能够供给填埋该第二间隙5所需的熔融金属量。然后，使突起部14间熔融结合，利用该突起部14间的焊接部8的焊接时的凝固收缩所产生的压缩力6，由第一材料1及第二材料2对第三材料3及第四材料15进行压缩固定。

另外，图2B及图2C示出图2A的圆状的焊接以外的实施例。图2B、图2C是用于说明本公开的实施方式1中的激光焊接时的接合状况的立体图。图2B示出激光7的扫描轨跡为椭圆状时的接合状况。图2C示出激光7的扫描轨跡为直线状时的接合状况。如图2B、图2C所示，第一材料1的形状与激光7的扫描的轨跡匹配。即，在图2A中，第一材料1的形状为圆状，相对于此，在图2B中，第一材料1的形状为椭圆，在图2C中，第一材料1的形状为长方形。另外，如图2B所示，第二材料2及第三材料3的宽度W2大于图2A所示的第二材料2及第三材料3的宽度W1。即，在图2B所示的焊接部8处，在被接合固定的第三材料3与第二材料2的宽度W2的方向上，需要比图2A所示的焊接部8多的接合强度。这样，在所需的接合强度分布具有方向性的情况和在某一特定方向上需要高接合强度的情况下，将与第二材料2及第三材料3重叠接合的第一材料1以对应于接合强度分布的方式配置。例如如图2B及图2C所示，将第一材料1的椭圆的长边侧或方形的长方形状的长边侧配置在第二材料2及第三材料3的宽度W2的方向上。换言之，在需要同种系的金属材与异种材的接合强度的方向(例如需要抗拉强度或抗扭强度的方向等)上配置第一材料1的椭圆的长边侧或方形的长方形状的长边侧。另外，对于将突起部14的形状设为较大的圆状的情况，通过将焊接形状设为椭圆状而能够缩小激光7的扫描轨跡的面积。另外，通过如图2C那样将焊接形状设为直线状，例如第一材料1的突起部14成为长方形状而非较大的圆状，由此能够缩小激光7的扫描轨跡的面积。另外，通过将激光7的扫描轨跡设为一个以上的直线状，例如在需要较多的接合强度的方向上，与在焊接的接合形状为圆状或椭圆状的焊接中进行多处接合的情况相比，激光7的扫描轨跡变得简单，能够在短时间内进行焊接。

接着，图4A、图4B示出用于进一步提高强度的实施例和容易进行定位的实施例。

图4A、图4B是示出本公开的实施方式1中的使用例的图。在图4A中，第一材料1具有在将第三材料3与第二材料2接合时的定位功能以及提高拉伸强度的功能。如图4A所示，构成为以在第三材料3的贯通孔12的板厚方向上设置规定的第二间隙5的方式利用作为同种系的金属材的第二材料2和弯折成台阶状的第一材料1夹入作为异种材的第三材料3。

另外，如图4A所示，第一材料1在以下的两个部位与第二材料2接合。首先，作为第一个部位，第一材料1在具有突起部14的部位经由第三材料3而与第二材料2接合。接着，作为第二个部位，第一材料1在与第一个部位不同的部位10A与第二材料2直接接合。由此，能够抑制在第二材料2相对于第三材料3拉伸及扭转时向经由第三材料3接合的第一材料1与第二材料2的焊接部8集中地施加应力这样的状况。其结果是，能够整体上提高同种系的金属材与异种材的接合强度。

另外，如图4B所示，第二材料2包含第一材料1的突起部14，通过将第二材料2折回，由此即便不使用第一材料1，也能够将第三材料3接合于第二材料2。该结构可以通过采用使第一材料1的突起部14的功能包含于夹持第三材料3的第二材料2的上侧的板或下侧的板中的至少任一方的结构来实施。在该情况下，无需使用第三材料3的固定用夹具。另外，能够通过将第三材料3插入到第二材料2而进行临时固定，第三材料3的定位也变得容易。

这里，图4B中的将第二材料2折回而形成的上板部分相当于本实施方式中的第一材料1。即，在本实施方式中，第一材料1与第二材料2在焊接前的状态下也可以为一体。

如以上那样，在本实施方式的利用激光7进行的焊接中的接合结构为以下那样的接合结构。该接合结构具备：第一材料1；第二材料2，其由能够与第一材料焊接的同种系的金属材构成；以及第三材料3，其至少一部分被夹持在第一材料1与第二材料2之间，在被夹持的部分处具有贯通部，且由分别相对于第一材料1及第二材料2难以焊接的材质构成，第一材料1与第二材料2经由贯通部而焊接。在第一材料1及第二材料2中的至少一方设置有插入到贯通部中的突起部14。并且，在贯通部的内周面与突起部14之间设置有第一间隙4。并且，该接合结构构成为，在板厚方向上的与突起部14对应的区域，在第一材料1与第二材料2之间设置有与区域中的第一材料1的板厚相应的第二间隙5。在第二间隙5的大小为0.1mm以上且为区域中的第一材料1的板厚的38％以下的状态下，从第一材料1侧照射激光而将第一材料1与第二材料2焊接。

根据该接合结构，通过使第一材料1及第二材料2熔融结合，由此能够借助板厚方向的压缩力6对第三材料3进行压缩固定。

由此，在本实施方式的接合结构中，能够实现同种系的金属材与相对于同种系的金属材难以焊接的材质即异种材之间的可靠性高的接合，还能够大幅缩短生产节拍时间。此外，在本实施方式的接合结构中，也能够增加所需部位处的刚性，扩大设计自由度。

(实施方式2)

接着，使用图1C对实施方式2进行说明。图1C是用于说明本公开的实施方式2中的焊接前后的接合结构的剖视图。需要说明的是，与实施方式1重复的部分省略说明。在本实施方式中，与实施方式1不同之处在于，虽然第一材料1具有突起部14，但第二材料2不具有突起部14。通过在第二材料2中不存在突起部14的加工，能够削减材料的加工费用。另外，具有第一材料1与第三材料3的位置不受第二材料2的位置偏移的影响这样的优点。在本实施方式中，也与实施方式1同样地，通过设置第二间隙5而进行激光焊接，由此焊接部8的凝固收缩成为压缩力6，对在第一材料1与第二材料2之间夹持的第三材料3进行压缩固定。

在本实施方式中，将突起部14设置在第一材料1侧，但也可以反之构成为在第三材料3侧设置突起部14而在第一材料1侧不设置突起部14。若相对于被照射激光7这一侧的第一材料1或第二材料2的板厚而将第二间隙5的大小设定在压缩固定的有效范围内，则不会出现焊接线的一部分成为开孔状态而引起焊接不良这样的状况。因此，若适当地设定第二间隙5的大小，则关于激光照射方向，可以从第一材料1侧照射也可以从第二材料2侧照射。

如以上那样，本实施方式中的利用来自板厚方向的激光7进行接合的接合结构为，在贯通部内的第一材料与第二材料的对置面中的至少一方形成有突起部。

由此，能够通过可靠性高的方法对焊接接合性低且焊接接合困难的材质即作为异种材的第三材料3进行接合。在本实施方式中，在作为同种系的金属材的第一材料1及第二材料2的对置面中的至少一方形成有突起部14。因此，第三材料3与形成有突起部14的第一材料1及第二材料2中的任一方的材料不会受到未形成突起部14的第一材料1及第二材料2中的另一方的材料的位置偏移的影响。

(实施方式3)

接着，使用图1A对实施方式3进行说明。从板厚方向朝突起部14照射激光7的照射区域小于压花形状的突起部14的直径或宽度。即，从照射激光7的方向观察时，激光7向突起部14照射的照射区域小于突起部14的设置有突起内缘部10的区域。换言之，小于与突起部14对应的突起内缘部10的区域。在本实施方式中，例如在直径或宽度上，激光7向突起部14照射的照射区域相比突起部14的突起内缘部10而言减小了2mm左右的规定距离。

这里，在利用从被照射激光7而熔融的焊接部8传递的焊接热量输入来将作为异种材的第三材料3熔融时，第一材料1及第二材料2的呈锥状被压出的压花形状的突起部14的突起内缘部10及突起外缘部9与第三材料3的贯通孔12之间的位置关系是重要的。

需要说明的是，在本公开中，将作为同种系的金属材的第一材料1及/或第二材料2的突起部14的最外形即突起外缘部9简单地称为突起部14的直径或宽度。

在相对于第三材料3的贯通孔12的直径而使所插入的突起部14的直径或宽度即突起外缘部9处于适当的范围的情况下，贯通孔12的端部(内周面)间接地受到因激光7的照射而从焊接部8传递的焊接热量输入的热影响而发生软化并熔融。该软化并熔融后的第三材料3向第一间隙4流入。由此，第三材料3除了能够进行基于焊接部8的凝固收缩作用的压缩固定之外，还能够在和板厚方向交叉的方向上进行第一材料1及/或第二材料2与第三材料3之间的紧贴固定。

在被照射激光7的突起部14中，在从突起外缘部9到贯通孔12的端部(内周面)为止的距离过近的情况下，端部会直接或间接地受到因激光7的照射而从焊接部8传递的焊接热量输入的热影响。

由此，熔融后的贯通孔12的端部即第三材料3通过第一间隙4向第二间隙5流入。如上所述，被照射了激光7的熔融金属落入第二间隙5中。因此，例如在第三材料3为树脂等沸点低的材料的情况下，有时会因气化并喷出而引起焊接部8的焊接不良。

另外，在第三材料3例如为树脂材料的情况下第一间隙4为2mm以上而分离过大时，或者在第三材料3为CFRP的情况下第一间隙4为1.5mm以上而分离过大时，第三材料3的贯通孔12的端部难以受到焊接部8的焊接热量输入而不会熔融。由此，第三材料3不向第一间隙4流入，第二材料2难以向第一材料1的突起部14的外周部侧流动而进行紧贴固定。因此，第三材料3仅受到由第一材料1和第二材料2的凝固收缩作用产生的压缩固定。

由此，根据第一间隙4的大小和第三材料3的材质，从突起外缘部9向贯通孔12的端部传热的传热状况以及因焊接时的热影响而引起的第三材料3的熔融状态发生变化。

需要说明的是，也可以利用由未图示的夹紧固定的夹具、定位销或机械臂进行的支承定位的方式等，进行相对于异种材的贯通孔12的直径而插入的同种系的金属材的突起部14的定位。

另外，对突起部14进行压花加工而突出的突起外缘部9的大小成为通过突起部14的冲压加工以压花形状向外周方向相对于突起内缘部10偏移了约1mm～相当于板厚的大小，但本说明简略地记载为1mm。需要说明的是，该偏移量优选相当于板厚，只要不对焊接接合时的强度造成不良影响，则也可以为板厚的0.6倍～1.4倍这种程度。

上述是通过实验数据而导出的，图5示出该实验数据的一例。

图5是示出表示对本公开的实施方式3中的作为异种材的第三材料3的材质与第一间隙4的关系进行测定而得到的结果的图表的图。

在图5所示的图表中，横轴表示第三材料3的材质，纵轴表示第一间隙4的大小。作为第三材料3的材质，具体而言使用了PET材、CFRP材、A5000材。这里，A5000材是指作为非铁金属材的铝合金。

另外，在本实验中，作为第一材料1及第二材料2而使用软钢材，将其板厚t设为1.6mm。另外，作为第三材料3而使用上述所示的任一种材料，将其板厚设为2.0mm。在上述组合中，在第二材料2的上侧配置第一材料1，由第一材料1与第二材料2夹入第三材料3，在该状态下，向第一材料1的突起内缘部10内呈圆状地照射激光7而进行了焊接。在本实验中，将激光7的输出设定为3kW。例如，第一材料1及第二材料2的突起内缘部10的直径为φ10mm，第三材料3的贯通孔12的直径为φ12mm，按照比突起内缘部10的直径小的φ8mm的圆状轨跡从板厚方向朝向突起部14照射激光7而进行了焊接。

接着，对图5的测定结果进行说明。如图5所示，在第三材料3为作为树脂材料的PET材的情况下，若第一间隙4的大小为0.4mm以上时，则能够对第三材料3进行压缩固定。这是因为，即便受到因向突起内缘部10照射的激光7而造成的焊接的热影响，熔融后的第三材料3也不会向第二间隙5流入而引起接合不良。

然而，在第一间隙4的大小比0.4mm小、即突起外缘部9与贯通孔12的端部过近的情况下，受到激光7所造成的焊接的热影响而熔融后的第三材料3会向第二间隙5流入。由此，存在作为第三材料3的PET材气化并喷出而导致焊接部8焊接不良的状况。

另外，在第三材料3为作为树脂材料的CFRP材的情况下，若第一间隙4为0.2mm以上时，能够对第三材料3进行压缩固定。这是因为，即便受到激光7所造成的焊接的热影响，熔融后的第三材料3也不会向第二间隙5流入而引起接合不良。

然而，在第一间隙4比0.2mm小、即突起外缘部9与贯通孔12的端部过近的情况下，受到向突起内缘部10照射的激光7所造成的焊接的热影响而熔融后的第三材料3会向第二间隙5流入。由此，存在作为第三材料3的CFRP材气化并喷出而导致焊接部8焊接不良的状况。如以上那样，根据作为第三材料3的树脂材料的融点、沸点等特性，焊接时所允许的第一间隙4的大小有些许不同。

需要说明的是，在第三材料3为作为非铁金属材的A5000材的情况下，与第一间隙4的大小无关地，即便受到向突起内缘部10照射的激光7所造成的焊接的热影响，熔融后的第三材料3也不会向第二间隙5流入而引起接合不良。因此，能够实现稳定的压缩固定。

需要说明的是，为了向贯通孔12插入突起部14的突起外缘部9，第一间隙4例如为大于0mm的、向贯通孔12插入突起外缘部9所需的大小以上即可。

上述内容是表示因第三材料3的材质而引起的差异的一例的实验数据，但若第三材料3为树脂材料，则存在与使用图5中的PET材的情况几乎相同的趋势。另外，若第三材料3为非铁金属材，则存在与使用图5中的铝合金材即A5000材的情况几乎相同的趋势。这是因为，即便将其他的非铁金属材用作第三材料3，也不会受到因向第一材料1的突起部14照射激光7而产生的焊接时的焊接热量输入而使贯通孔12的内周面气化并喷出由此导致焊接部8焊接不良这样的热影响。以上，可以说在其他的非铁金属材中也存在几乎相同的趋势。

因此，在第三材料3为非铁金属材的情况下，可以说不会受到使第三材料3熔融且熔融后的第三材料3向第一材料1及第二材料2的突起部14间的板厚方向上的间隙即第二间隙5流入这种程度的热影响。

(实施方式4)

接着，使用图1D对实施方式4进行说明。省略到此为止重复的部分的说明。与实施方式1、2的不同之处在于，在第一材料1与第二材料2的突起部14之间的板厚方向上的间隙即第二间隙5大的情况下，使用间隔件13来减小第二间隙5。间隔件13的材质为分别相对于第一材料1及第二材料2能够焊接的同种系的金属材，间隔件13配置在第二材料2的贯通孔12的内部。根据该结构，能够减小在被照射激光7而进行焊接时的、第三材料3的贯通孔12内的第二间隙5。间隔件13的板厚设定为，使配置有间隔件13时的第二间隙5的大小成为被激光7照射的上板即第一材料1的板厚t的最大30％～38％以下。需要说明的是，配置有间隔件13时的第二间隙5的大小是指，在第一材料1与第二材料2之间配置有间隔件13时的间隔件13与第一材料1之间的板厚方向上的间隙。

需要说明的是，配置在第一材料1与第二材料2之间的间隔件13不仅可以作为其他部件另行配置，也可以使用熔化电极或填料等焊接材料在第一材料1与第二材料2之间直接制成。

在该情况下，也与实施方式1、2同样地，若第二间隙5的范围处于与图3所示的被照射激光7这一侧的板厚相应的规定范围内，则进行贯穿至成为下板的第二材料2为止的这种锁眼式的激光焊接。由此，能够在焊接部8产生凝固收缩，该凝固收缩成为压缩力6而对第三材料3进行压缩固定。

需要说明的是，当第二间隙5的大小超过从板厚方向被照射激光7这一侧的成为上板的第一材料1的板厚的最大30％～38％时，无法确保第二间隙5所需的熔融金属量，因此，会产生一部分开孔这样的状态。

反之，当第二间隙5的大小比0.1mm小时，突起部14间的间隙过小，将作为同种系的金属材的第一材料1与第二材料2相互熔融结合而对异种材的第三材料3进行压缩固定的压缩固定力不足。

这样，在作为异种材的第三材料3的贯通孔12的板厚方向上，间隔件13的板厚优选小于从板厚方向被照射激光7这一侧的照射区域的同种系的金属材即第一材料1的板厚t。另外，在作为异种材的第三材料3的贯通孔12中设置有间隔件13时，间隔件13与作为上板的第一材料1之间的间隙即第二间隙5优选为第一材料1的板厚t的30％～38％以下这样的厚度。

换言之，间隔件13的厚度为小于作为上板的第一材料1的板厚t的、与第二间隙5的大小相应的厚度。另外，在激光7的照射区域的板厚方向上，能够将作为异种材的第三材料3夹在中间且填埋同种系的金属材的作为上板的第一材料1与作为下板的第二材料2的相对的板厚方向上的间隙的第二间隙5的大小为0.1mm以上、且为被照射激光7这一侧的同种系的金属材的板厚的38％以下。

例如，具体对间隔件13的厚度的设定例进行说明。从简易角度出发在第一材料1与第二材料2均不设置突起部，将具有在内部配置了间隔件13的贯通孔12的第三材料3夹在中间，在该状态下，从板厚方向经由贯通孔12照射激光7，将第一材料1与第二材料2熔融结合而对第三材料3进行压缩固定(对此未图示)，在该情况下，当作为上板的第一材料1的板厚t为1.6mm且第三材料3的板厚为2.0mm时，如图3所示，若第一材料1的板厚t为1.6mm则第二间隙为0.1mm～0.5mm，因此，优选间隔件13的厚度为1.5mm以上且1.9mm以下。

在本实施方式中，关于激光照射方向，从作为上板的第一材料1侧照射了激光7，但从作为下板的第三材料3侧照射也没有问题。

作为目前为止的针对异种材的接合用构件的铆钉51在铆接加工时及点焊时，需要确保供异种材的一部分发生变形而移动的空间以及防止因点焊时的电极的位置偏移等而导致的异种材的陷落等来抑制紧固力降低。因此，铆钉51需要采用圆角(Radius)形状的倒角30或环状槽31等复杂且高精度的形状。

在该情况下，由于铆钉51的形状需要精度且复杂，因此，需要进行精密加工等，制造成本也变高。另外，由于是点焊，因此，加压、通电、冷却、移动等耗费时间，因此生产率低，且需要从两侧夹入，所以设计自由度受到限制。另外，当过度接近附近的铆钉时，点焊的电流产生分流，有时导致在进行了电阻焊的焊接部产生的焊接凝固的部分即熔核形成变得不充分的情况。因此，需要设置能够进行所希望的熔核形成的最小限度以上的接合间距的间隔，存在无法在必要部位增加接合的刚性这样的课题。

根据本公开，能够解决以往的课题。如目前为止的实施方式中的接合结构所示，本公开的接合结构具备：第一材料1；第二材料2，其由能够与第一材料1焊接的同种系的金属材构成；以及第三材料3，其至少一部分被夹持在第一材料1与第二材料2之间，在被夹持的部分处具有贯通部，且由分别相对于第一材料1及第二材料2难以焊接的材质构成，第一材料1与第二材料2经由贯通部而焊接。在第一材料1及第二材料2中的至少一方设置有插入到贯通部中的突起部14，并且，在贯通部的内周面与突起部14之间设置有第一间隙4，并且，在板厚方向上的与突起部对应的区域，在第一材料1与第二材料2之间设置有与区域中的第一材料1的板厚相应的第二间隙5。在第二间隙5的大小为0.1mm以上且为区域中的第一材料1的板厚的38％以下的状态下，从第一材料1侧照射激光而将第一材料1与第二材料2焊接。

根据该结构，能够将同种系的金属材相互熔融结合而对异种材进行压缩固定。另外，当使用异种材与同种系的金属材进行固定的本公开的接合结构时，在异种材的接合时，不再需要复杂且需要精度的结构部件。

另外，在本公开的激光焊接方法中，通过将第一间隙4的大小与第二间隙5的大小设定在规定的范围内，从而仅通过激光焊接就能够将第一材料1与第二材料2相互熔融结合，能够利用第一材料1与第二材料2对第三材料3进行压缩固定。

此外，由于不使用点焊而使用激光焊接，因此，能够使包含焊接在内的作业时间相对于点焊缩短为约25％，生产率显著提高。另外，还能够使必要部位处的刚性增加，扩宽设计自由度。

工业实用性

本公开作为在异种材的接合时能够以简单的结构大幅缩短生产节拍时间、使必要部位处的刚性增加且扩宽设计自由度的激光焊接用的接合结构来说在工业上是有用的。

附图标记说明

1 第一材料

2 第二材料

3 第三材料

4 第一间隙

5 第二间隙

6 压缩力

7 激光

8 焊接部

9 突起外缘部

10 突起内缘部

11 焊缝

12 贯通孔

13 间隔件

14 突起部

15 第四材料

Claims (4)

1.一种接合结构，其具备：

第一材料；

第二材料，所述第二材料由能够与所述第一材料焊接的同种系的金属材构成；以及

第三材料，所述第三材料的至少一部分被夹持在所述第一材料与所述第二材料之间，在被夹持的部分处具有贯通部，所述第三材料由分别相对于所述第一材料及所述第二材料难以焊接的材质构成，

所述第一材料与所述第二材料经由所述贯通部而焊接，

所述接合结构的特征在于，

在所述第一材料及所述第二材料中的至少一方设置有插入到所述贯通部中的突起部，并且，在所述贯通部的内周面与所述突起部之间设置有第一间隙，并且，在板厚方向上的与所述突起部对应的区域，在所述第一材料与所述第二材料之间设置有与所述区域中的所述第一材料的板厚相应的第二间隙，在所述第二间隙的大小为0.1mm以上且为所述区域中的所述第一材料的板厚的38％以下的状态下，从所述第一材料侧照射激光而将所述第一材料与所述第二材料焊接。

2.根据权利要求1所述的接合结构，其中，

所述内周面通过所述激光对所述突起部的焊接热量输入而被间接地输入热量并熔融，紧贴固定于所述突起部的外周侧。

3.根据权利要求1所述的接合结构，其中，

从照射所述激光的方向观察时，所述激光向所述突起部照射的照射区域小于所述突起部的突起内缘部的区域。

4.根据权利要求1所述的接合结构，其中，

在所述贯通部内的所述第一材料与所述第二材料之间配置有间隔件，该间隔件由分别相对于所述第一材料及所述第二材料能够焊接的材料构成，所述间隔件的厚度是比所述区域中的所述第一材料的板厚小且与所述第二间隙的大小相应的厚度。