JP2020192593A

JP2020192593A - 金属の接合構造及びその接合方法

Info

Publication number: JP2020192593A
Application number: JP2019101201A
Authority: JP
Inventors: 巧五之治; Takumi Gonoji; 川口　聡; Satoshi Kawaguchi; 聡川口
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP7308662B2

Abstract

【課題】金属材の接合強度が高く、接合部のシール性に優れる金属の接合構造及びその接合方法の提供を目的とする。【解決手段】金属間の接合構造であって、アーク溶接による溶接層と発泡剤によるシール層とを有していることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は金属材同士を接合する際に、水密，気密性等のシール性の向上を図った接合構造及びその接合方法に関する。

二次電池を駆動源に用いる電気自動車やハイブリッド自動車において、電池モジュールを車体に搭載するため、この電池モジュールを収容するケース体が検討されている。
この種のケース体を車両のフロア下等、車体の外部側に搭載する場合には、外部から水等が浸入するのを防ぐ必要がある。
ケース体は、鋼，アルミニウム合金等の板材やフレーム材等を接合して製作される。
この場合に接合方法としては、融接，圧接，ろう接等の多くの接合方法が検討されているが、融接は金属同士の接合強度が高く生産性に優れ、この融接の中でもアーク放電を利用したＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接等のアーク溶接は接合強度が高く、広く採用されている。
しかし、アーク溶接は母材や溶加材をアーク熱にて溶融する接合方法であるために、ブローホール等の内部欠陥が発生すると、水密性等のシール性能が低下するという技術的課題がある。

例えば、特許文献１には鋼板等の裏波溶接を行う場合に、開先の裏側を外気との接触を防ぐ目的で泡体で覆う方法が開示されている。
しかし、同公報に開示する泡体は外気を遮断するのが目的であって、溶接欠陥の発生を低減する効果はあっても、溶接欠陥部のシール性を向上させるものではない。

特開平９−２３９５３５号公報

本発明は、金属材の接合強度が高く、接合部のシール性に優れる金属の接合構造及びその接合方法の提供を目的とする。

本発明に係る金属の接合構造は、金属間の接合構造であって、アーク溶接による溶接層と発泡剤によるシール層とを有していることを特徴とする。
このような接合構造を得る方法としては、アーク溶接時の熱又は余熱を利用して発泡剤を発泡させることで、アーク溶接層と発泡剤によるシール層とを形成することができる。

本発明におけるアーク溶接は、シールドガスを用いたＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接が好ましく、金属材は溶融接合ができるものであれば特に制限はない。
電池モジュールのケース体を製作するには、軽量化を目的にアルミニウム合金の板材やフレーム材を用いることもできる。

本発明に用いる発泡剤は、アーク溶接時に発生したブローホール等の欠陥部に、シール材となるゴムやプラスチック基材が発泡による膨張力により浸透させることができ、また、溶接接合する相互の金属材の間に発泡によるシール層を形成することができる。
シール基材としては、ＥＰＤＭゴム，シリコンゴム，ウレタン樹脂等が例として挙げられる。
本明細書では、シール基材に発泡成分を含有させたものを発泡剤と表現した。
本発明においては、アーク溶接時の熱やアーク溶接後の余熱にて加熱発泡する発泡剤を用いた点に特徴がある。

本発明に係る接合構造にあっては、アーク溶接層にブローホール等のシール性を低下させる部分が発生しても、その部分に発泡剤による発泡力にて、この発泡剤の基材が浸透しシール性が向上した接合部が得られる。
また、アーク溶接時の余熱を利用して、相互の金属材の間にシール層を形成することもできる。
特に本発明においては、アーク溶接時の熱やその後の余熱を利用して発泡させるので生産性に優れる。
これにより、従来の接着剤や含浸剤を用いたシール構造よりも工程が短く、シール性能にも優れる。

本発明に係る接合構造を採用した電池モジュールのケース体の例を示す。実施例１の接合の流れを（ａ）〜（ｃ）に示す。実施例２の接合の流れを（ａ）〜（ｃ）に示す。実施例３として連結ピースを用いて接合する例を示す。

本発明に係る接合構造の例として、電池モジュールを収容するケース体に適用した例で以下説明するが、接合の対象となる製品に限定はない。
図１に示した実施例はアルミ製のケース体の例であり、複数の電池モジュールを収容し車体のフロア下に搭載する例である。
それぞれ断面略コ字形状のフロントフレーム１１と対向配置したリアフレーム１２の両端部をサイドフレーム１３，１４にて接合連結してある。
また、中央部にはセンターフレーム１５を配置した例になっている。
また、これらの枠状にしたフレーム体の下側を底板１６にて塞ぎ、内部が水密性を有するようになっている。

図２はコーナー部を接合する実施例１を示す。
図２（ａ）はケース体の内側コーナーから裏面側に沿って、発泡剤１を塗布した状態を示す。
図２（ａ）の左側はフロントフレーム１１の端部に接合するサイドフレーム１３の断面図を示す。
サイドフレーム１３は上辺部１３ａ，側壁部１３ｂ，下辺部１３ｃが略コ字形状になっている。
次に発泡剤１を塗布した反対側からアーク溶接をしたのが図２（ｂ）に示す状態であり、アーク溶接時の熱にて発泡剤が発泡し、その際にアーク溶接層の微細な隙間等に発泡剤に含まれる基材が含浸される。
余分な発泡剤を除去すると、図２（ｃ）に示すようにアーク溶接層の裏側に一体的に発泡層が形成される。

図３は実施例２を示す。
図３（ａ）に示すようにアーク溶接し、その後に直に発泡剤を塗布すると、図３（ｂ）に示すように余熱にて発泡剤が発泡する。
この場合に、アーク溶接時の余熱を有効利用しやすくするために、図３（ａ）に示したアーク溶接のトーチ２ａの移動方向の後ろ側から発泡剤１ｂの塗布ノズルを追随させるのが好ましい。
余分な発泡剤を除去したのが、図３（ｃ）の状態である。
この場合には、アーク溶接層の表面側にシール性の高い発泡層が形成される。

図４に実施例３を示す。
実施例３は、例えばサイドフレーム１３とリアフレーム１２とのコーナー部を別部材の連結ピース１７を用いて接合する例である。
連結ピース１７は図４（ｂ）に部分拡大図を示すように、リアフレーム１２の側壁部１２ｂの端部を差し込むための連結凹部１７ｃを両側の接合片１７ａ，１７ｂで形成してある。
また、他方にはサイドフレーム１３の側壁部１３ｂの端部を差し込むための連結凹部１７ｆを両側の接合片１７ｄ，１７ｅにて形成してある。
接合時には、この連結凹部１７ｃ，１７ｆの内側に発泡剤１を塗布し、図４（ｃ）に示すように連結ピース１７の左右の連結凹部１７ｃ，１７ｆにサイドフレーム１３とリアフレーム１２をそれぞれ差し込み、接合片の端部をアーク溶接する。
このアーク溶接時の余熱にて発泡剤が発泡し、差し込まれた側壁部１２ｂ，１３ｂと連結ピース１７の接合片（１７ａ，１７ｂ），（１７ｄ，１７ｅ）との間にシール層が形成される。
このように連結ピースを用いると発泡剤の塗布が容易になり、フレーム材のコーナー部等、複雑な接合構造にも対応しやすくなる。
また、発泡剤が発泡するその浸透圧にて、接合材の間に微密なシール層を形成することができる。

１発泡剤
２アーク溶接層
１１フロントフレーム
１２リアフレーム
１３サイドフレーム
１４サイドフレーム
１５センターフレーム
１６底板
１７連結ピース

Claims

金属間の接合構造であって、アーク溶接による溶接層と発泡剤によるシール層とを有していることを特徴とする金属の接合構造。
アーク溶接時の熱又は余熱を利用して発泡剤を発泡させることで、アーク溶接層と発泡剤によるシール層とを形成することを特徴とする金属の接合方法。