JP2020131238A

JP2020131238A - ダイカスト部材のレーザ溶接方法、ダイカスト製品の製造方法及びダイカスト製品

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Publication number: JP2020131238A
Application number: JP2019028073A
Authority: JP
Inventors: 哲男坂井; Tetsuo Sakai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: US20200262007A1; CN111590199A; JP7165073B2

Abstract

【課題】生産性が高いダイカスト部材の溶接方法、ダイカスト製品の製造方法及びダイカスト製品を提供する。【解決手段】ダイカスト部材のレーザ溶接方法は、金属を含む第１部材とダイカストにより形成された第２部材との接触面を含む溶接予定部分に第１レーザ光を照射することにより、第１溶け込み部分を形成する工程と、前記第１溶け込み部分を形成した前記溶接予定部分に第２レーザ光を照射することにより、第２溶け込み部分を形成し、前記第１部材と前記第２部材とを溶接する工程と、を備える。前記第１溶け込み部分の幅は前記第２溶け込み部分の幅の半分以下である。前記第１溶け込み部分の深さは前記第２溶け込み部分の深さよりも深い。【選択図】図４

Description

実施形態は、ダイカスト部材のレーザ溶接方法、ダイカスト製品の製造方法及びダイカスト製品に関する。

ダイカストにより金属部材を形成し、これを他の金属部材とレーザ溶接によって接合することにより、製品を製造する場合がある。このような場合に、レーザ溶接時に欠陥が生じ、生産性が低下する場合がある。

特開２００５−０３４８６８号公報

実施形態の目的は、生産性を向上可能なダイカスト部材のレーザ溶接方法、ダイカスト製品の製造方法及びダイカスト製品を提供することである。

実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法は、金属を含む第１部材とダイカストにより形成された第２部材との接触面を含む溶接予定部分に第１レーザ光を照射することにより、第１溶け込み部分を形成する工程と、前記第１溶け込み部分を形成した前記溶接予定部分に第２レーザ光を照射することにより、第２溶け込み部分を形成し、前記第１部材と前記第２部材とを溶接する工程と、を備える。前記第１溶け込み部分の幅は前記第２溶け込み部分の幅の半分以下である。前記第１溶け込み部分の深さは前記第２溶け込み部分の深さよりも深い。

実施形態に係るダイカスト製品の製造方法は、金属を含む第１部材とダイカストにより形成された第２部材との接触面を含む溶接予定部分に第１レーザ光を照射することにより、第１溶け込み部分を形成する工程と、前記第１溶け込み部分を形成した前記溶接予定部分に第２レーザ光を照射することにより、第２溶け込み部分を形成し、前記第１部材と前記第２部材とを溶接する工程と、を備える。前記第１溶け込み部分の幅は前記第２溶け込み部分の幅の半分以下である。前記第１溶け込み部分の深さは前記第２溶け込み部分の深さよりも深い。

実施形態に係るダイカスト製品は、金属を含む第１部材と、ダイカストにより形成され、前記第１部材に溶接された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に形成された溶け込み部分と、を備える。前記溶け込み部分の下面には、線状又は複数のドット状の凸部が形成されている。

第１の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示すフローチャート図である。（ａ）は第１の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。（ａ）は第１の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。（ａ）は第１の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。第２の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図である。第３の実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図である。第４の実施形態に係るダイカスト製品を示す断面図である。

＜第１の実施形態＞
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示すフローチャート図である。
図２（ａ）〜図４（ｂ）は本実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す図である。
図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）と同じ工程を示す断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）、図４（ａ）及び（ｂ）についても同様である。

本実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法は、ダイカスト製品の製造方法の一部である。本実施形態においては、第１部材１１と第２部材１２をレーザ溶接して、ダイカスト製品を製造する。少なくとも第２部材１２はダイカストによって形成されたダイカスト部材である。以下、詳細に説明する。

先ず、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１部材１１及び第２部材１２を用意する。第１部材１１及び第２部材１２は金属を含み、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。第２部材は、ダイカストにより形成された部材であり、内部にボイド２０を不可避的に含んでいる。第１部材１１は、ダイカストによって形成された部材であってもよく、他の方法によって形成された部材であってもよい。本実施形態においては、第１部材１１もダイカストによって形成されたものとする。このため、第１部材１１内にもボイド２０が不可避的に含まれている。そして、第１部材１１と第２部材１２とを接触させる。第１部材１１と第２部材１２との接触面１３を含む部分が、溶接予定部分１４となる。

次に、図１のステップＳ１に示すように、予備照射工程を実施する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶接予定部分１４に第１レーザ光Ｌ１を照射する。第１レーザ光は、例えば、ディスクレーザ、シングルモードファイバーレーザ又はマルチモードファイバーレーザである。第１レーザ光Ｌ１の照射領域５１を例えば接触面１３に沿って移動させ、この移動を複数回繰り返す。又は、複数本の第１レーザ光Ｌ１を同時に照射して、複数の照射領域５１を例えば接触面１３に沿って平行に移動させる。なお、照射領域５１は、接触面１３に交差する方向に移動させてもよい。

第１レーザ光Ｌ１を照射することにより、第１部材１１及び第２部材１２のうち少なくとも一方の一部が一旦溶融して凝固する。この結果、溶接予定部分１４に第１溶け込み部分２１が形成される。上方、すなわち、第１レーザ光Ｌ１を照射する方向から見て、第１溶け込み部分２１の形状は、複数の直線状の部分を含むパターンとなる。第１溶け込み部分２１の幅は、溶接予定部分１４の幅の半分以下である。第１溶け込み部分２１における直線状の部分は、接触面１３に平行な方向に延びていてもよい。この場合、溶接予定部分１４及び第１溶け込み部分２１の「幅」は、接触面１３に直交する方向の長さである。

第１レーザ光Ｌ１の照射により、第１溶け込み部分２１が一時的に溶融すると、第１溶け込み部分２１及びその近傍に形成されていたボイド２０内の気体は、溶融状態の第１溶け込み部分２１を介して外部に排出される。これにより、ボイド２０は消滅するか、又は、内部が減圧される。第１レーザ光Ｌ１の照射領域５１の間隔は、溶接予定部分１４の全体が第１レーザ光Ｌ１による熱影響を受け、溶接予定部分１４内に存在する全てのボイド２０が消滅又は減圧されるような間隔とする。なお、溶接予定部分１４の外部に存在するボイド２０は消滅も減圧もされずにそのまま残留するが、これは後の溶接工程に影響を及ぼさないため、問題はない。

次に、図１のステップＳ２に示すように、溶接工程を実施する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１溶け込み部分２１を形成した溶接予定部分１４に、第２レーザ光Ｌ２を照射する。第２レーザ光Ｌ２も、例えば、ディスクレーザ、シングルモードファイバーレーザ又はマルチモードファイバーレーザである。第２レーザ光Ｌ２の照射領域５２の直径は第１レーザ光Ｌ１の照射領域５１の直径よりも大きい。照射領域５２の直径は照射領域５１の直径の例えば２倍以上である。照射領域５２は接触面１３に沿って移動させる。第２レーザ光Ｌ２の照射により、第１部材１１の一部、第２部材１２の一部、溶け込み部分２１の上部が一旦溶融し、その後凝固して、溶接予定部分１４全体に第２溶け込み部分２２が形成される。逆に言えば、照射領域５２の直径は、照射領域５２の１回の移動により溶接予定部分１４全体に溶け込み部分２２が形成されるような直径とする。

第１溶け込み部分２１の幅Ｗ１は、第２溶け込み部分２２の幅Ｗ２の半分以下である。例えば、第２溶け込み部分２２の幅Ｗ２は１ｍｍ（ミリメートル）以下であり、第１溶け込み部分２１の幅Ｗ１は０．２ｍｍ以下である。第１溶け込み部分２１及び第２溶け込み部分２２のうち、第１部材１１及び第２部材１２の上面上に突出した部分が、ビードとなるため、第１溶け込み部分２１及び第２溶け込み部分２２の幅は、それぞれのビードの幅と略等しい。また、第１溶け込み部分２１の深さＤ１は、第２溶け込み部分２２の深さＤ２よりも深い。本明細書において、「深さ」とは、第１部材１１及び第２部材１２におけるレーザ光が照射される面からの距離である。

このようにして、第２溶け込み部分２２が形成され、第１部材１１と第２部材１２が溶接されることにより、ダイカスト製品１が製造される。ダイカスト製品１においては、金属を含む第１部材１１と、金属を含みダイカストにより形成された第２部材１２が設けられている。第１部材１１及び第２部材１２は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。第２部材１２は第１部材１１にレーザ溶接されている。

そして、第１部材１１と第２部材１２の間に、接触面１３に跨がるように、溶け込み部分２３が形成されている。溶け込み部分２３は、上述の第１溶け込み部分２１と第２溶け込み部分２２が一体化したものである。溶け込み部分２３の下面２３ａには、線状の凸部２４が形成される。凸部２４は、第１溶け込み部分２１の下部、すなわち、第１溶け込み部分２１のうち、第２溶け込み部分２２の一部にならなかった部分である。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、図３（ａ）及び（ｂ）に示す工程において、溶接予定部分１４に対して第１レーザ光Ｌ１を照射する。これにより、第１溶け込み部分２１及びその近傍に形成されていたボイド２０に封入されていた気体が、溶融状態の溶け込み部分２１を介して外部に排出される。この結果、ボイド２０が消滅するか、内部が大幅に減圧される。このとき、第１レーザ光Ｌ１の直径は溶接予定部分１４に対して十分に小さく、第１溶け込み部分２１の体積も十分に小さいため、ボイド２０からの気体の放出に伴って、第１部材１１及び第２部材１２が大きく損傷を受けることはない。一方、第１溶け込み部分２１の深さは、その後に形成される第２溶け込み部分２２の深さよりも深いため、第２溶け込み部分２２の形成時に障害となる可能性があるボイド２０は、全て消滅するか減圧されて無害化される。

その後、図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程において、溶接予定部分１４に第２レーザ光Ｌ２を照射する。これにより、第１部材１１と第２部材１２が溶接されて、ダイカスト製品１が製造される。このとき、溶接予定部分１４に形成されていたボイド２０は消滅しているか減圧されているため、ボイド２０に起因して、溶融した溶け込み部分２２が飛散することを抑制できる。このため、ボイド２０に起因した不良品が発生しにくく、ダイカスト製品１の生産性が高い。

なお、仮に、第１レーザ光Ｌ１を照射する予備照射工程を実施せずに、いきなり第２レーザ光Ｌ２を照射する溶接工程を実施すると、高圧の気体が封入されたボイド２０が、溶融状態にある溶け込み部分２２に接触する。ボイド２０内の気体は、ダイカスト時に封入された気体であるか、又は、ボイド２０内の残渣物が第２レーザ光Ｌ２の照射により昇華して発生した気体であると推定される。本発明者らのシミュレーションによれば、予備照射工程を施されていないボイド２０内の圧力は、例えば３００気圧程度である。この高圧ガスにより、溶融状態にある溶け込み部分２２が飛散する。溶け込み部分２２は体積が大きいため、飛散量も多く、第１部材１１及び第２部材１２には大きな凹み又は穴等の欠陥が形成される。

凹み又は穴等の欠陥が大きすぎると、二重レーザ溶接や肉盛り溶接等の手段によって修復できず、ダイカスト製品は不良品となる。このため、ダイカスト製品の生産性が低下する。特に、製造しようとするダイカスト製品が、ハードディスクドライブの筐体のような密閉容器の場合は、穴を修復しようとして追加のレーザ溶接を行うと、密閉容器内に設けられた内部部材が損傷を受ける可能性があるため、修復が困難である。また、ダイカスト製品が小型である場合は、ボイド２０の飛散によって形成される欠陥が相対的に大きくなるため、修復がより困難である。

これに対して、本実施形態によれば、先ず、直径が小さい第１レーザ光Ｌ１によってボイド２０を消滅又は無害化しておき、その後、第２レーザ光Ｌ２によって溶接を行うため、ボイド２０に起因した欠陥の発生を抑制し、ダイカスト製品１の生産性を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図である。

図５に示すように、本実施形態においては、第１溶け込み部分２１が１本の曲線状になるように、溶接予定部分１４に対して第１レーザ光Ｌ１の照射領域５１を移動させる。例えば、照射領域５１の軌跡を蛇行した曲線とする。但し、照射領域５１の軌跡は蛇行した曲線には限定されず、溶接予定部分１４全体にボイド２０を消滅又は無害化できる程度の熱影響を及ぼすことができればよい。照射領域５１の軌跡は、「一筆書き」ができるような曲線とすることが好ましい。これにより、第１レーザ光Ｌ１の照射時間を短縮することができ、ダイカスト製品の生産性をより向上させることができる。

本実施形態における上記以外のレーザ溶接方法は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、第１レーザ光Ｌ１によってボイド２０を消滅又は減圧した後、第２レーザ光Ｌ２を照射して第１部材１１と第２部材１２を溶接する。このとき、第１レーザ光Ｌ１によって形成される第１溶け込み部分２１の幅は第２レーザ光Ｌ２によって形成される第２溶け込み部分２２の幅の半分以下とし、第１溶け込み部分２１の深さは第２溶け込み部分２２の深さよりも深くする。

このようにして製造されたダイカスト製品２においては、溶け込み部分の下面に１本の曲線状の凸部が形成される。本実施形態における上記以外のダイカスト製品の構成及び効果は、第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態に係るダイカスト部材のレーザ溶接方法を示す平面図である。

図６に示すように、本実施形態においては、第１溶け込み部分２１が複数のドット状の部分を含むように、溶接予定部分１４に対して照射領域５１を移動させる。例えば、照射領域５１を第１部材１１及び第２部材１２に対して移動させながら、第１レーザ光Ｌ１をパルス状に照射する。この場合も溶接予定部分１４全体に、ボイド２０を消滅又は減圧できる程度の熱影響を及ぼすことができるように、照射領域５１の配置を制御する。照射領域５１は、周期的に配列させることが好ましい。

このようにして形成されたダイカスト製品３においては、溶け込み部分の下面にドット状の凸部が複数形成される。凸部は周期的に配列されていてもよい。本実施形態における上記以外のレーザ溶接方法、ダイカスト製品の構成及び効果は、第１の実施形態と同様である。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態に係るダイカスト製品を示す断面図である。

図７に示すように、本実施形態に係るダイカスト製品４は、密閉容器であり、例えば、ハードディスクドライブの筐体である。ダイカスト製品４においては、ハウジング４１と、ハウジング４１にレーザ溶接された蓋４２が設けられている。ハウジング４１の形状は、上面が開口した箱状である。蓋４２は、ハウジング４１の上面に溶接されている。ハウジング４１はダイカストにより形成されており、金属からなり、例えばアルミニウムを含む。蓋４２は、例えばプレス法により形成されており、金属からなり、例えばアルミニウムを含む。したがって、ハウジング４１にはボイド２０が不可避的に含有されているが、蓋４２にはボイド２０は含有されていない。

ハウジング４１と蓋４２との溶接方法は、前述の第１、第２又は第３の実施形態と同様である。但し、蓋４２にはボイド２０は含まれていないため、蓋４２には第１レーザ光Ｌ１を照射する必要はない。

ダイカスト製品４において、ハウジング４１と蓋４２との接合部分には、溶け込み部分４３が形成されている。溶け込み部分４３の下面には、凸部４４が形成されている。凸部４４は、ハウジング４１内のみに形成されており、蓋４２内には形成されていない。凸部４４の形状は、例えば線状である。凸部４４の形状は、例えば、複数本の直線状であってもよく、１本の曲線状であってもよい。又は、凸部４４は周期的に配列された複数のドット状であってもよい。なお、蓋４２にも第１レーザ光Ｌ１を照射してもよい。この場合は、凸部４４は蓋４２内にも形成される。

なお、前述の第１〜第４の実施形態においては、突合せ溶接を行う例を示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、重ね溶接及び隅肉溶接についても、本発明を適用することが可能である。

以上説明した実施形態によれば、生産性を向上可能なダイカスト部材のレーザ溶接方法、ダイカスト製品の製造方法及びダイカスト製品を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の実施形態は、相互に組み合わせて実施することもできる。

１、２、３、４：ダイカスト製品
１１：第１部材
１２：第２部材
１３：接触面
１４：溶接予定部分
２０：ボイド
２１：第１溶け込み部分
２２：第２溶け込み部分
２３：溶け込み部分
２３ａ：下面
２４：凸部
４１：ハウジング
４２：蓋
４３：溶け込み部分
４４：凸部
５１、５２：照射領域
Ｌ１：第１レーザ光
Ｌ２：第２レーザ光

Claims

金属を含む第１部材とダイカストにより形成された第２部材との接触面を含む溶接予定部分に第１レーザ光を照射することにより、第１溶け込み部分を形成する工程と、
前記第１溶け込み部分を形成した前記溶接予定部分に第２レーザ光を照射することにより、第２溶け込み部分を形成し、前記第１部材と前記第２部材とを溶接する工程と、
を備え、
前記第１溶け込み部分の幅は前記第２溶け込み部分の幅の半分以下であり、
前記第１溶け込み部分の深さは前記第２溶け込み部分の深さよりも深いダイカスト部材のレーザ溶接方法。
金属を含む第１部材とダイカストにより形成された第２部材との接触面を含む溶接予定部分に第１レーザ光を照射することにより、第１溶け込み部分を形成する工程と、
前記第１溶け込み部分を形成した前記溶接予定部分に第２レーザ光を照射することにより、第２溶け込み部分を形成し、前記第１部材と前記第２部材とを溶接する工程と、
を備え、
前記第１溶け込み部分の幅は前記第２溶け込み部分の幅の半分以下であり、
前記第１溶け込み部分の深さは前記第２溶け込み部分の深さよりも深いダイカスト製品の製造方法。
前記第１溶け込み部分は、複数の直線状の部分を含む請求項２記載のダイカスト製品の製造方法。
前記第１溶け込み部分は、１本の曲線状である請求項２記載のダイカスト製品の製造方法。
前記第１溶け込み部分は、複数のドット状の部分を含む請求項２記載のダイカスト製品の製造方法。
前記第２溶け込み部分は、前記接触面に沿った線状である請求項２〜５のいずれか１つに記載のダイカスト製品の製造方法。
金属を含む第１部材と、
ダイカストにより形成され、前記第１部材に溶接された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に形成された溶け込み部分と、
を備え、
前記溶け込み部分の下面には、線状又は複数のドット状の凸部が形成されているダイカスト製品。
密閉容器である請求項７記載のダイカスト製品。
ハードディスクドライブの筐体である請求項７または８記載のダイカスト製品。