JP2020185718A - 接合構造体の製造方法及び接合構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料からなる押出材に対して樹脂材料からなる部材を短時間にかつ容易に接合して製造コストを大幅に削減することができ、さらに、シール性を確保することが可能な接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供する。【解決手段】本体部２０に対して長手方向にわたって隙間Ｇをあけてフランジ部３０が設けられたアルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材１０Ａからなる第１部材１０と、樹脂材料からなる第２部材４０と、を接合する接合構造体１００の製造方法であって、第１部材１０の隙間Ｇに第２部材４０を嵌合させる工程と、フランジ部３０にレーザ光Ｌｗを照射し、フランジ部３０と第２部材４０とをレーザ溶着させる工程と、を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、接合構造体の製造方法及び接合構造体に関する。

異種材同士を接合する技術として、樹脂製の第一被接合部材と金属製の第二被接合部材とを鋲によって接合する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この接合技術では、接合側に形成された凹部の裏側から鋲を打ち込み、第一被接合部材を第二被接合部材に重ね、鋲を第二被接合部材に溶接する。これにより、第一被接合部材と第二被接合部材とを鋲によって接合させる。

また、穴をあけたアルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板を鋼製の第２の板に重ね合わせ、鋼製の接合補助部材を穴に挿入し、レーザ光を接合補助部材に形成された凹部に照射して接合補助部材を第２の板に接合する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、軽合金材に貫通される鋼製の長尺のリベットを鋼材にスポット溶接して鋼材と軽合金材とを接合させる接合技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１７−２６０７９号公報 特開２０１８−５１５７０号公報 特開２０１９−７６２３号公報

ところで、車両等の構造材として汎用性の高いアルミニウムの押出材に対して、樹脂材料を接着以外の方法で接合することが考えられている。また、アルミニウムの押出材に異種材料からなる板材などの接合部材を接合させる接合法としては、押圧材側からのツールの浸入を必要としない片面アクセスが条件となるため、接合部材側からリベットをねじ込んで接合するフロードリルスクリュー（ＦＤＳ（登録商標）：Ｆｌｏｗ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｓｃｒｅｗ）方式などの機械接合法がある。

しかしながら、この機械接合法は接合作業に時間がかかるため製造コストが嵩張り、しかも、押出材と樹脂材料とを直接接合するのは困難である。特許文献１に記載の技術では、樹脂製の第一被接合部材に凹部を形成するための突出部があり、第一被接合部材と第二被接合部材との間に隙間が生じてしまう。

また、互いに接合する部材同士のシール性を確保するためには、接合箇所をシール部材によってシールしなければならず、さらにコストが嵩んでしまう。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料からなる押出材に対して樹脂材料からなる部材を短時間にかつ容易に接合して製造コストを大幅に削減することができ、さらに、シール性を確保することが可能な接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１） 本体部に対して長手方向にわたって隙間をあけてフランジ部が設けられたアルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなる第１部材と、樹脂材料からなる第２部材と、を接合する接合構造体の製造方法であって、
前記第１部材の前記隙間に前記第２部材を嵌合させる工程と、
前記フランジ部にレーザ光を照射し、前記フランジ部と前記第２部材とをレーザ溶着させる工程と、
を含む
ことを特徴とする接合構造体の製造方法。
（２） アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなり、本体部に対して隙間をあけてフランジ部が設けられた第１部材と、
樹脂材料からなり、前記第１部材の前記本体部と前記フランジ部との隙間に嵌合され、前記フランジ部とレーザ溶着された第２部材と、
を有する接合構造体。

本発明の接合構造体の製造方法及び接合構造体によれば、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料からなる押出材に対して樹脂材料からなる部材を短時間にかつ容易に接合して製造コストを大幅に削減することができ、さらに、シール性を確保することが可能な接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供することにある。

本発明の実施形態に係る接合構造体の斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 第１部材となる押出材の斜視図である。 押出材から形成された第１部材の斜視図である。 接合構造体の製造方法を説明する作製途中の接合構造体の斜視図である。 接合構造体の製造方法を説明する作製途中の接合構造体の斜視図である。 接合構造体から構成されたバッテリーケースの一部を断面視した斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る接合構造体の斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る接合構造体１００は、第１部材１０と、第２部材４０と、有している。

第１部材１０は、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材である。本例では、第１部材１０として、アルミニウム系材料の押出材を用いた場合を例示する。この第１部材１０は、本体部２０と、フランジ部３０と、を有している。本体部２０は、底壁部１１と、一対の側壁部１２と、上壁部１３と、を有している。これにより、第１部材１０の本体部２０は、中空部１５を有する断面視矩形状の中空状に形成されている。フランジ部３０は、本体部２０に一体に形成されている。フランジ部３０は、長尺の板状に形成されており、その一側縁が長手方向にわたって本体部２０の上部における一側縁に連設されている。フランジ部３０は、本体部２０に対して隙間Ｇをあけて設けられている。即ち、フランジ部３０は、本体部２０の一方の側壁部１２を上方に延設した側壁部３１と、該側壁部３１の上部から水平に屈曲して、本体部２０の上壁部１３に対して平行に配置されたフランジ部本体３２と、を有する。これにより、隙間Ｇの高さは、幅方向及び長手方向にわたって略同一とされている。このフランジ部３０は、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗが３以上５０以下とされている。

接合構造体１００は、二つの第１部材１０を備えており、これらの第１部材１０は、押出方向である長手方向に揃えて並列に配置されている。それぞれの第１部材１０は、本体部２０とフランジ部３０との隙間Ｇの開口側が対向するように配列されている。

第２部材４０は、例えば、ヒドロキシル基（ＯＨ基）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ基）あるいはアミノ基（ＮＨ_２基）などの極性官能基を有する樹脂材料からなるもので、平板状に形成されている。第２部材４０は、第１部材１０の本体部２０とフランジ部３０との隙間Ｇの高さと同一または僅かに薄い厚さを有している。第２部材４０は、その両側縁が第１部材１０の本体部２０とフランジ部３０との隙間Ｇに嵌合されている。これにより、第２部材４０は、その両側が第１部材１０の本体部２０を構成する上壁部１３の上部に重ね合わされた状態で第１部材１０に架け渡されている。

図２に示すように、接合構造体１００は、第１部材１０のフランジ部３０と第２部材４０とがレーザ溶着されている。具体的には、第２部材４０の表面とフランジ部３０の表面とが長手方向にわたってレーザ溶着された溶着部３７とされている。この溶着部３７では、フランジ部３０の表面と第２部材４０の表面とが結合されている。具体的には、溶着部３７では、アルミニウム系材料である第１部材１０のフランジ部３０の表面の酸化皮膜（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）と、第２部材４０のＯＨ基、ＣＯＯＨ基あるいはＮＨ_２基などの極性官能基とが、レーザの熱によって化学的に結合されている。これにより、接合構造体１００では、第１部材１０と第２部材４０とが互いに接合され、さらに、フランジ部３０と第２部材４０との間のシール性が確保されている。

次に、上記構造の接合構造体１００を作製する製造方法について説明する。
図３は、第１部材となる押出材の斜視図である。図４は、押出材から形成された第１部材の斜視図である。図５及び図６は、接合構造体の製造方法を説明する作製途中の接合構造体の斜視図である。

まず、第１部材１０を作製する。具体的には、図３に示すように、二つの中空部１５，１６を有する角張った８の字形状のアルミニウム系材料からなる押出材１０Ａを用意する。そして、この押出材１０Ａに対して切削加工を施し、上方側の中空部１６を形成する他方の側壁上部３１とフランジ用壁部３３の一部を長手方向に沿って切断し（図３中二点鎖線参照）、これらの壁部を除去する。そして、図４に示すように、押出材１０Ａは、上壁部１３が他方縁まで平坦面とされ、上方側の中空部１６の残された一部がフランジ部３０とされた第１部材１０とする。

次に、図５に示すように、作製した二つの第１部材１０を、本体部２０とフランジ部３０との隙間Ｇの開口側が互いに対向するように並列に配置させ、これらの第１部材１０の隙間Ｇに、第２部材４０の両側縁部をそれぞれ嵌合させる。これにより、並列に配置させた第１部材１０に第２部材４０を架け渡す。第２部材４０は、その両縁部を、二つの第１部材１０の隙間Ｇに対して長手方向へスライドさせて嵌合させてもよく、また、第１部材１０の隙間Ｇへ長手方向と直交する方向へ嵌合させてもよい。

その後、図６に示すように、第１部材１０のフランジ部３０に幅広のレーザ光Ｌｗを照射する。このレーザ光Ｌｗは、例えば、焦点位置や強度を調整することで、溶接に用いるレーザ光よりも低強度とした幅広のレーザ光である。そして、このレーザ光Ｌｗを、フランジ部３０の一端側から他端側へわたって、フランジ部３０と第２部材４０とが重なり合う範囲に照射する。このように、レーザ光Ｌｗをフランジ部３０に照射すると、第２部材４０とフランジ部３０とが長手方向にわたってレーザの熱によって化学的に結合されて溶着部３７が形成される。これにより、第１部材１０と第２部材４０とが互いに接合され、さらに、フランジ部３０と第２部材４０との間のシール性が確保された接合構造体１００が得られる。

以上、説明したように、本実施形態に係る接合構造体１００の製造方法及び接合構造体１００によれば、機械接合法では接合が困難な、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材１０Ａからなる第１部材１０と樹脂材料からなる第２部材４０とを、別個の接合部材等を用いることなく容易に接合させることができる。しかも、第２部材４０が接合される第１部材１０として押出材１０Ａを用いるので、専用品を用いる場合と比較して汎用性が高く、コストを削減できる。

また、第１部材１０のフランジ部３０にレーザ光Ｌｗを照射することで、短時間に第１部材１０に第２部材４０をレーザ溶着させることができるので、樹脂材料からなる第２部材４０への熱の影響を極力抑え、しかも、イニシャルコスト及びランニングコストをともに抑えることができる。これにより、高品質な接合構造体を低コストに製造することができる。

しかも、第１部材１０のフランジ部３０と第２部材４０とをレーザ溶着させることで、シール部材等の別部材を用いることなく、第１部材１０と第２部材４０との間のシール性を容易に確保できる。

また、押出材１０Ａの中空部１６を形成する壁部の一部を長手方向にわたって除去することにより、フランジ部３０が設けられた第１部材１０を容易に得ることができる。しかも、第１部材１０となる押出材１０Ａとして単純な断面形状で押出成形することができるので、押出成形時における変形を抑えて品質を高めることができる。

さらに、第２部材４０として、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基あるいはＮＨ_２基などの極性官能基を有する樹脂材料からなる部材を用いるので、レーザ光Ｌｗの熱によって第１部材１０のフランジ部３０と第２部材４０とを良好に化学的に結合させて接合力及びシール性を高めることができる。

また、本実施形態では、第２部材４０とレーザ溶着される第１部材１０のフランジ部３０として、幅Ｗが５ｍｍ以上、長さＬが１５ｍｍ以上であって、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗを３以上５０以下としている。幅Ｗが５ｍｍに満たないと、レーザ溶接時に溶け落ちや溶接部の割れが生じやすくなる。また、フランジ部３０の長さＬが１５ｍｍに満たないと、第１部材１０へのレーザ溶接が不安定となる。これにより、第１部材１０のフランジ部３０と第２部材４０とを安定してレーザ溶着させることができ、第１部材１０と第２部材４０とを良好なシール性を確保しつつ接合させることができる。

次に、上記の接合構造体１００の適用例について説明する。
図７は、接合構造体から構成されたバッテリーケースの一部を断面視した斜視図である。

図７に示すものは、バッテリーＢを収容したバッテリーケース３００である。このバッテリーケース３００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される。バッテリーケース３００は、底板部５１と、枠体５２と、蓋体５３とから構成されている。枠体５２は、金属製または樹脂製などの底板部５１の上面に固定されており、この枠体５２の上部に蓋体５３が組付けられている。このバッテリーケース３００は、底板部５１、枠体５２及び蓋体５３によって囲われた空間が収容空間Ｓとされており、この収容空間ＳにバッテリーＢが収容されている。

このバッテリーケース３００は、底板部５１の上面に、接合構造体１００が組付けられて構成されている。つまり、底板部５１の上面に、第１部材１０からなる枠体５２が固定され、この枠体５２の上面に第２部材４０からなる蓋体５３が組付けられている。

このように、本実施形態に係る接合構造体の製造方法及び接合構造体によれば、バッテリーケース３００等を容易にかつ低コストで構成することができる。しかも、レーザ溶着された枠体５２と蓋体５３との間でシール性を確保することができ、防水性に優れたバッテリーケース３００とすることができる。また、枠体５２が押出材からなる第１部材１０から構成されているので、側方からの耐衝撃性を高めることができる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態で用いたレーザ光Ｌｗの種類は、特に限定されず、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等の種々のものを選択することができる。

また、上記実施形態では、押出成形した二つの中空部１５，１６を有する押出材１０Ａに切削加工を施してフランジ部３０が設けられた第１部材１０としたが、本体部２０にフランジ部３０が設けられた第１部材１０を直接押出成形してもよい。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 本体部に対して長手方向にわたって隙間をあけてフランジ部が設けられたアルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなる第１部材と、樹脂材料からなる第２部材と、を接合する接合構造体の製造方法であって、
前記第１部材の前記隙間に前記第２部材を嵌合させる工程と、
前記フランジ部にレーザ光を照射し、前記フランジ部と前記第２部材とをレーザ溶着させる工程と、
を含む
ことを特徴とする接合構造体の製造方法。
この構成によれば、機械接合法では接合が困難な、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなる第１部材と樹脂材料からなる第２部材とを、別個の接合部材等を用いることなく容易に接合させることができる。しかも、第２部材が接合される第１部材として押出材を用いるので、専用品を用いる場合と比較して汎用性が高く、コストを削減できる。
また、第１部材のフランジ部にレーザ光を照射することで、短時間に第１部材に第２部材をレーザ溶着させることができるので、樹脂材料からなる第２部材への熱の影響を極力抑え、しかも、イニシャルコスト及びランニングコストをともに抑えることができる。これにより、高品質な接合構造体を低コストに製造することができる。
しかも、第１部材のフランジ部と第２部材とをレーザ溶着させることで、シール部材等の別部材を用いることなく、第１部材と第２部材との間のシール性を容易に確保できる。

（２） 少なくとも一つの中空部が長手方向に沿って形成された押出材に対して、前記中空部を形成する壁部の一部を長手方向にわたって除去することにより、前記押出材を前記フランジ部が設けられた前記第１部材とする工程を含む
ことを特徴とする（１）に記載の接合構造体の製造方法。
この構成によれば、押出材の中空部を形成する壁部の一部を長手方向にわたって除去することにより、フランジ部が設けられた第１部材を容易に得ることができる。しかも、第１部材となる押出材として単純な断面形状で押出成形することができるので、押出成形時における変形を抑えて品質を高めることができる。

（３） 前記第２部材として、極性官能基を有する樹脂材料からなる部材を用いる
ことを特徴とする（１）または（２）に記載の接合構造体の製造方法。
この構成によれば、レーザ光の熱によって第１部材のフランジ部と第２部材とを良好に化学的に結合させて接合力及びシール性を高めることができる。

（４） 前記フランジ部の幅Ｗが５ｍｍ以上、長さＬが１５ｍｍ以上であって、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗを３以上５０以下とする
ことを特徴とする（１）から（３）のいずれか一つに記載の接合構造体の製造方法。
この構成によれば、第１部材のフランジ部と第２部材とを安定してレーザ溶着させることができ、これにより、第１部材と第２部材とを良好なシール性を確保しつつ接合させることができる。

（５） アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなり、本体部に対して隙間をあけてフランジ部が設けられた第１部材と、
樹脂材料からなり、前記第１部材の前記本体部と前記フランジ部との隙間に嵌合され、前記フランジ部とレーザ溶着された第２部材と、
を有する接合構造体。
この構成によれば、機械接合法では接合が困難な、アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなる第１部材と樹脂材料からなる第２部材とが、別個の接合部材等を用いることなく容易に接合される。しかも、第２部材が接合された第１部材として押出材が用いられているので、専用品を用いる場合と比較して汎用性が高く、コストを削減できる。
また、第１部材のフランジ部にレーザ光を照射して短時間に第１部材に第２部材を接合させることが可能であるので、製造する際の樹脂材料からなる第２部材への熱の影響が極力抑えられ、しかも、イニシャルコスト及びランニングコストがともに抑えられる。これにより、低コストで高品質な接合構造体とすることができる。
しかも、第１部材のフランジ部と第２部材とがレーザ溶着されているので、シール部材等の別部材を用いることなく、第１部材と第２部材との間のシール性が確保された接合構造体とすることができる。

（６） 前記第２部材は、極性官能基を有する樹脂材料からなる
ことを特徴とする（５）に記載の接合構造体。
この構成によれば、レーザの熱によって第１部材のフランジ部と第２部材とが良好に化学的に結合されて接合力及びシール性が高められた接合構造体とすることができる。

（７） 前記フランジ部は、幅Ｗが５ｍｍ以上、長さＬが１５ｍｍ以上であって、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗが３以上５０以下とされている
ことを特徴とする（５）または（６）に記載の接合構造体。
この構成によれば、第１部材のフランジ部と第２部材とが安定してレーザ溶着され、第１部材と第２部材とが良好なシール性が確保されて接合された接合構造体とすることができる。

１０ 第１部材
１０Ａ 押出材
１６ 中空部
２０ 本体部
３０ フランジ部
４０ 第２部材
１００ 接合構造体
Ｇ 隙間
Ｌｗ レーザ光
Ｌ フランジ部の長さ
Ｗ フランジ部の幅

Claims (7)

1. 本体部に対して長手方向にわたって隙間をあけてフランジ部が設けられたアルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなる第１部材と、樹脂材料からなる第２部材と、を接合する接合構造体の製造方法であって、
   前記第１部材の前記隙間に前記第２部材を嵌合させる工程と、
   前記フランジ部にレーザ光を照射し、前記フランジ部と前記第２部材とをレーザ溶着させる工程と、
   を含む
   ことを特徴とする接合構造体の製造方法。
2. 少なくとも一つの中空部が長手方向に沿って形成された押出材に対して、前記中空部を形成する壁部の一部を長手方向にわたって除去することにより、前記押出材を前記フランジ部が設けられた前記第１部材とする工程を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の接合構造体の製造方法。
3. 前記第２部材として、極性官能基を有する樹脂材料からなる部材を用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合構造体の製造方法。
4. 前記フランジ部の幅Ｗが５ｍｍ以上、長さＬが１５ｍｍ以上であって、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗを３以上５０以下とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。
5. アルミニウム系材料またはマグネシウム系材料の押出材からなり、本体部に対して隙間をあけてフランジ部が設けられた第１部材と、
   樹脂材料からなり、前記第１部材の前記本体部と前記フランジ部との隙間に嵌合され、前記フランジ部とレーザ溶着された第２部材と、
   を有する接合構造体。
6. 前記第２部材は、極性官能基を有する樹脂材料からなる
   ことを特徴とする請求項５に記載の接合構造体。
7. 前記フランジ部は、幅Ｗが５ｍｍ以上、長さＬが１５ｍｍ以上であって、幅Ｗと長さＬの比Ｌ／Ｗが３以上５０以下とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の接合構造体。

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