JPWO2018216533A1 - 金属の接合構造及び金属の溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材同士の溶接面積を確保して、高い強度、耐久性を有する金属の接合構造及び金属の溶接方法を提供することを目的とする。【解決手段】ファイバーレーザの溶接手段を使用して金属からなる少なくとも第１部材と第２部材を接合する溶接方法であって、溶接手段は、環状の溶接予定ライン１３、１８に沿って移動しながら、かつ、溶接予定ライン１３、１８を横切って振動しながらレーザ光Ｌを連続照射して溶接ライン１６、１９を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属の接合構造及び金属の溶接方法に関し、特に、複数の要素部材が溶接により気密かつ伸縮自在に一体化される金属ベローズ及び金属ベローズの製造方法に関する。

従来、金属ベローズは、アキュムレータ、半導体製造装置、配管継手、カプラーなど幅広い分野で使用されている。金属ベローズを溶接により製造する方法として、たとえば、薄板環状の金属板を積層し、隣接する各層の金属板の内周縁及び外周縁を交互に溶接して接合することが行われている。（特許文献１−３参照）。

特開平９−２１６０５４号公報（第２−３ページ、図１） 特開２００４−１６２７２８号公報（図４） 特開２０１２−２６５５４号公報（図７）

しかしながら、特許文献１−３の製造方法にあっては、溶接機が径方向外側から隣接する各層の金属板の内周の縁及び外周の縁を交互に溶接しているため、溶接部が線状となり溶接部の面積を大きくすることが困難である。このため、強度の高い金属ベローズを製造するために手間を要していた。

本発明は、上述した問題点を解決するために、金属部材同士の溶接面積を確保して、高い強度、耐久性を有する金属の接合構造及び金属の溶接方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明の金属の溶接方法は、
ファイバーレーザの溶接手段を使用して金属からなる少なくとも第１部材と第２部材を接合する溶接方法であって、
溶接手段は、環状の溶接予定ラインに沿って移動しながら、かつ、前記溶接予定ラインを横切って振動しながらレーザ光を連続照射して溶接ラインを形成することを特徴としている。
この特徴によれば、溶接手段は、溶接予定ラインに沿って移動しながらかつ溶接ラインを横切って振動しながら溶接ラインを形成するので溶接ラインの径方向長さを自由に設定でき、所望の形状及び面積を有する面状の溶接部を形成でき、溶接予定ラインが確実に溶接される。さらに、一度照射されたレーザ光照射箇所周囲に溶接ひずみが生じても、そのレーザ光照射箇所近傍に対するレーザ光の照射により再度、加熱され、照射箇所周囲の溶接ひずみが解消され、より優れた溶接強度を確保できる。また、環状の溶接予定ラインが形成されるため、溶接部に対しどの方向から力が作用しても方向性を有することなく、高い強度、耐久性を発揮できる金属の溶接方法を提供できる。

前記溶接手段は、シングルモードのファイバーレーザであることを特徴としている。
この特徴によれば、シングルモードのファイバーレーザは、ビームスポットの大きさを極めて小さく絞り込んで１点に集中できるので、レーザ出力を過度に高めることなくビームスポットにおける入熱量を確保でき、厚さの薄いものであってもひずみの発生を防止することができる。

前記溶接予定ラインに沿った方向において、隣り合う前記溶接ラインが接触、或いは、重なることを特徴としている。
この特徴によれば、隣接する溶接ラインは互いに重なり合って補強され十分な溶接強度を発揮することができる。

前記第１部材及び前記第２部材は交互に積層される薄板環状の部材であり、前記溶接予定ラインは、隣接する前記第１部材と前記第２部材との重なり部に設定されることを特徴
としている。
この特徴によれば、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接部を形成しながら、薄板であっても溶接ひずみを抑えることができる。

前記第１部材及び前記第２部材は導体であり、前記溶接予定ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、極めて細い溶接ラインによって複雑に配置された導体であっても容易に溶接することができる。

前記第１部材又は前記第２部材は前記重なり部の近傍に絶縁物をさらに備えることを特徴としている。
この特徴によれば、極めて細い溶接ラインによって溶接部の入熱を極めて制限できるので、絶縁物に損傷を与えることなく溶接することができる。

前記第１部材はダイアフラムであり、前記溶接予定ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接部を形成しながら、薄板であっても溶接ひずみを抑えることができる。

前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の外周縁に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、極めて細い溶接ラインによって溶接部の入熱を極めて制限できるので、シール部材に損傷を与えることなく溶接することができる。

前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部を備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記軸部と前記第２部材の前記孔部の境界に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接部を形成することができる。

前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部を備え、前記孔部に嵌合された前記軸部の端部は拡径され、前記溶接予定ラインは前記拡径した部分の外周縁に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、拡径した部分の形状が不規則であっても、溶接予定ラインを横切ってかつ前記溶接予定ラインに沿って環状に形成される溶接ラインによって拡径部を容易に溶接することができる。

前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備えることを特徴としている。
この特徴によれば、極めて細い溶接ラインによって溶接部の入熱を極めて制限できるので、シール部材に損傷を与えることなく溶接することができる。

前記第１部材は雄ねじ部及び前記雄ねじ部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記雄ねじ部と前記第２部材との境界に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接部を形成して、ねじを固定することができる。

前記課題を解決するために、本発明の接合構造は、
金属からなる少なくとも第１部材及び第２部材を溶接により接合する構造であって、
前記第１部材及び第２部材の接合部は、径方向に所定長さを有する溶接ラインが周方向に並ぶ環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、所定長さを有する溶接ラインが周方向に並ぶ環状溶接ライン群は所望の形状、面積を有するように形成できる。また、溶接ひずみが生じても、近接する溶接ラインにより再度加熱され、溶接ひずみが解消され、より優れた溶接強度及び耐久性を発揮できる。更に、環状の接合部により、金属の接合構造は、溶接部に対しどの方向から力が作用しても方向性を有することなく、高い強度、耐久性を発揮できる。

前記環状溶接ライン群の周方向において、隣り合う前記溶接ラインが接触、或いは、重なることを特徴としている。
この特徴によれば、隣接する溶接痕は互いに重なり合って補強されるので、金属の接合構造は高い強度及び耐久性を発揮することができる。

前記第１部材及び前記第２部材は交互に積層される薄板環状の部材であり、隣接する前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、薄板であっても所望の溶接面積、溶接形状を有し、溶接ひずみの少ない接合構造によって接合できる。

前記第１部材及び前記第２部材は導体であり、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、複雑に配置された導体であっても所望の溶接面積、溶接形状を有し、溶接ひずみの少ない接合構造によって接合できる。

前記重なり部の近傍に絶縁物をさらに備えることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接部近傍に絶縁部があっても、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接ひずみの少ない接合構造によって、絶縁物との距離を確保して絶縁物に損傷を与えることなく接合することができる。

前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、変形の大きいダイアフラムであっても、所望の溶接面積、溶接形状を有し、溶接ひずみの少ない接合構造によって確実に接合できる。

前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備え、前記第１部材の外周縁は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接部近傍にシール部材があっても、所望の溶接面積、溶接形状を有する溶接ひずみの少ない接合構造によって、シール部材との距離を確保してシール部材に損傷を与えることなく気密性の高い接合構造とすることができる。

前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部と、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部と、をさらに備え、前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記軸部と前記第２部材の前記孔部の境界は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、頭部、軸部によって段差を有する複雑に配置された導体であっても所望の溶接面積、溶接形状を有し、溶接ひずみの少ない接合構造によって接合できる。

前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部と、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部と、前記孔部に嵌合された前記軸部の端部は拡径部と、をさらに備え、前記拡径部の外周縁は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
拡径部の外縁が不規則な形状であっても、所望の溶接面積、溶接形状を有し、溶接ひずみの少ない接合構造によって確実に接合できる。

前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備えることを特徴としている。
この特徴によれば、シール部材に損傷を与えることなく気密性を確保した接合構造とすることができる。

前記第１部材は雄ねじ部及び前記雄ねじ部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備え、前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の雄ねじ部と前記第２部材との境界に前記環状溶接ライン群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、薄板に対しねじを確実に回り止めできる。

本発明の実施例１に係る金属ベローズの構造を示す図で、（ａ）は金属ベローズの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 金属ベローズの製造工程を説明する図である。 金属ベローズの溶接部を示すで、（ａ）は溶接ラインに沿って略円形の軌跡を連続して描きながらレーザ光を照射して溶接する例を示す図、（ｂ）は略円形の溶接ラインの密度を高くして溶接する例を示す図である。 接合部の溶接ラインに沿ってジグザグの軌跡を連続して描きながらレーザ光を照射して溶接する方法を説明する図である。 本発明の実施例２に係る金属板導体の接合を示す図で、（ａ）は絶縁された導体を重ね合わせて接合する例を示す図、（ｂ）、（ｃ）は３枚の金属板を接合する例を示す。 本発明の実施例３に係るダイアフラムの接合を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面を示す。 実施例３に係るダイアフラムの接合の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面を示す。 本発明の実施例４に係る栓部材の接合を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、（ｃ）は変形例の側断面図、（ｄ）はさらに別の変形例を示す。 本発明の実施例５に係る栓部材の接合を示す図で、（ａ）は側断面図で栓部材を板部材に取り付けた状態を示す図、（ｂ）は栓部材の端部をカシメた状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）のＢ矢視図を示す。 本発明の実施例６に係るねじ部材の接合を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＤ矢視図を示す。

本発明に係る金属ベローズ及び金属ベローズの製造方法を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

本発明の実施の形態に係る金属ベローズ及び金属ベローズの製造方法を図１から図３を参照して説明する。金属ベローズ１０は、第１要素部材１１（本発明に係る第１部材）と第２要素部材１２（本発明に係る第２部材）とを有し、第１要素部材１１と第２要素部材１２とは、第１要素部材の外周側端面の接合部１４又は内周側端面の接合部１５をレーザ溶接されることによって接合される。また、図１の実施例においては、第１要素部材１１は１０個の第１要素部材１１−１、１１−２、…、１１−１０からなり、また、第２要素部材１２も１０個の第２要素部材１２−１、１２−２、…、１２−１０からなる。そして、第１要素部材１１−１、…、１１−１０と第２要素部材１２−１、…、１２−１０は、交互に積層され隣接する各要素部材の内周側端面の接合部１５−１、…、１５−９及び外周側端面の接合部１４−１、…、１４−１０を交互に溶接されて組み立てられる。なお、図１において要素部材を１０層積層しているが、これに限らず第１要素部材と第２要素部材を各１個ずつ積層して外周側端面を溶接接合するものであってもよい。また、要求される設計条件に応じて、要素部材の積層数は１０より少なくても、１０より多くてもよい。

第１要素部材１１−１、…、１１−１０及び第２要素部材１２−１、１２−２、…、１２−１０は、中央部に穴を有する略円形部材で、ステンレス鋼、チタン合金、銅合金、ニッケル合金等各種金属から構成される。第１要素部材は、内径部の軸方向高さが外径部の軸方向高さより低くなる内径側凹状部を有する部材に整形されている。第２要素部材は、内径部の軸方向高さ位置が外径部の軸方向高さ位置よりも高くなる内径側凸状部を有する部材に整形されている。

第１要素部材１１と第２要素部材１２とはレーザ溶接によって接合されるが、銅合金等の高反射材に対してレーザ光は十分に吸収されず、効率よく溶接することができない。通常、銅合金等を溶接するためにグリーンレーザが使用されている。しかし、グリーンレーザは連続照射ができず生産性が悪い。また、グリーンレーザはレーザの出射時間が数ｍｓｅｃと短いためレーザ出力を高めて溶接する必要があり、薄いベローズに対し高い出力のレーザ出力で溶接すると、接合部１４、１５が溶け落ちて良好な接合部を得ることができない。

そこで、本発明においては、レーザとして連続照射可能なシングルモードファイバーレーザを使用する。レーザビームの強度が照射領域において１つのピークを有するシングルモードのファイバーレーザ光は、ビームスポットの大きさを数１０μｍから１００μｍ程度に絞り込んでレーザ光の出力を一点に集中して連続照射できるので、レーザ出力を過度に高めることなくビームスポットにおける入熱量を確保でき、金属ベローズの要素部材のように厚さの薄いものであっても低ひずみで溶接することができる。さらに、被溶接部に非接触で溶接できるため、狭い部分であってもレーザ光を送り込んで複雑な溶接ラインで溶接することができる。

次に、図２に基づいて金属ベローズの製造手順について説明する。本実施例においては、図１及び図２に示すように、第１要素部材と第２要素部材とによって１層分のベローズが構成され、第１０層目まで積層されて金属ベローズが構成される。

図２（ａ）に示すように、第1層目の第１要素部材１１−１に第２要素部材１２−１を積層する。第１要素部材１１−１と第２要素部材１２−１の外周側端面の接合部１４−１にレーザ光Ｌを照射して、第１要素部材１１−１と第２要素部材１２−１が接合され、第１層目の要素部材の組み立てを完了する。ここで、レーザビーム光のスポット半径は溶接予定ライン１３を横切って振動する内径方向或いは外径方向への移動量（溶接ラインにおける溶接予定ライン１３に垂直な一方（内径方向或いは、外径方向）の方向への最大移動量）よりも小さいとよく、それによりレーザ光が常に照射される箇所がなくなり、溶接個所の一部に過剰に熱が加わる虞れが無い。

次に第１層目の要素部材の上に第２層目の要素部材を組み立てる。図２（ｂ）に示すように、第１層目の第２要素部材１２−１に第２層目の第１要素部材１１−２を積層する。そして第１要素部材１１−２の内周側端面の接合部１５−１にレーザ光Ｌを照射して、第２要素部材１２−１と第１要素部材１１−２を接合する。

次に、図２（ｃ）に示すように、前工程で溶接された第１要素部材１１−２に第２要素部材１２−２を積層する。そして第２要素部材１２−２の外周側端面の接合部１４−２にレーザ光Ｌを照射して、第１要素部材１１−２と第２要素部材１２−２を接合して、第２層目までの要素部材の組み立てを完了する。この手順を繰り返して第１０層目まで要素部材を積層することによって金属ベローズの組立てを完了する。

つぎに、第１要素部材１１と第２要素部材１２との接合部１４、１５に形成される溶接ライン群１７、２０について説明する。図１、図３に示すように、接合部１４、１５には、略円形の溶接予定ライン１３、１８が設定される。そして径方向に所定長さを有する極細かつ弧状の溶接ライン１６、１９が、溶接予定ライン１３、１８に沿ってかつ周方向に隣接して環状に連なり環状溶接ライン群１７、２０として形成される。具体的には溶接ラインの太さは１００μｍから５００μｍ程度の極狭い幅であり、溶接ラインの径方向長さは０．１ｍｍから１０ｍｍ程度に形成される。接合部１４に形成される環状溶接ライン群１７と接合部１５に形成される環状溶接ライン群２０の構成は同じなので、以下、環状溶接ライン群１７について説明する。なお、溶接予定ライン１３、１８は閉じた環状図形であれば円形に限らない。

図３（ａ）に示すように、接合部１４に設定された略円形の溶接予定ライン１３に沿って移動しながら、かつ、溶接予定ライン２２を横切って振動しながらレーザ光は連続照射され弧状の溶接ライン１６_１、１６_２、１６_３、１６_４、…、１６endが形成されるとともに、周方向に隣接して環状に連なるように環状溶接ライン群１７が形成される。また、弧状の溶接ライン１６の径方向寸法は、金属ベローズの耐久性及び気密性を確保するために必要な溶接面積を有する環状溶接ライン群１７となるように設定される。ここで環状溶接ライン群１７のうちの１つの溶接ライン１６_１に着目して説明する。環状溶接ライン群１７の溶接方向を反時計回りとすると、溶接ライン１６_１は、溶接ライン１６_１の終端部１６1e側に隣接する溶接ライン１６_２の一部と、始端部１６1s側に隣接する溶接ライン１６endの一部と、が重なるよう溶接される。

このように溶接ライン１６_１は、隣接する溶接ライン１６_２と溶接ライン１６endとに重なり部を設けることで互い補強され外力を分散できるので、接合強度を高めることができる。また、溶接ライン１６_１は、溶接後、急速に冷却されて溶接ひずみが残るが、溶接ライン１６_１は隣接する溶接ライン１６_２及び溶接ライン１６endとに重なり部を設けることで、溶接ライン１６_１は溶接ライン１６_２の溶接時に再度加熱されるので、溶接ひずみを解消する効果も得られる。

また、図３（ｂ）に示すように、溶接ライン１６はさらに多くの隣接する溶接ラインと重なり部を設けてもよい。たとえば、溶接ライン１６の終端部１６ｅ側に隣接する３つの溶接ライン１６ｓ１、１６ｓ２、１６ｓ３及び溶接ライン１６の始端部１６ｓ側に３つの隣接する溶接ライン１６ｅ１、１６ｅ２、１６ｅ３が、溶接ライン１６と交差するように溶接してもよい。これにより、溶接ライン１６は、６個の隣接する溶接ライン１６ｓ１、１６ｓ２、１６ｓ３、１６ｅ１、１６ｅ２、１６ｅ３と重なり部を形成することで、溶接ライン１６、１６ｓ１、１６ｓ２、１６ｓ３、１６ｅ１、１６ｅ２、１６ｅ３は網の目状に絡み合って互いに補強し合うので接合強度をさらに高めることができる。また、複数の隣接する溶接ライン１６、１６ｓ１、１６ｓ２、１６ｓ３、１６ｅ１、１６ｅ２、１６ｅ３は互いの溶接熱で再加熱されるので溶接ひずみを解消することができる。

図３（ｂ）において、溶接ライン１６は、６個の隣接する溶接ライン１６ｓ１、１６ｓ２、１６ｓ３、１６ｅ１、１６ｅ２、１６ｅ３と重なり部を形成したが、さらに多くの隣接する溶接ラインと交差させることができる。しかし、交差数を１２個以上に増やしても溶接部の密着強度はほとんど上昇しない。

上記説明したように、金属ベローズ及び金属ベローズの溶接方法は、レーザ光Ｌが、軸方向すなわち、第１要素部材１１と第２要素部材１２の積層方向から溶接予定ライン１３、１８に沿って移動しながらかつ溶接予定ライン１３、１８を横切って振動しながら溶接ライン１６、１９を形成するので溶接ライン１６、１９の径方向幅を自由に設定できるとともに、溶接ライン１６、１９を周方向に連ねることによって、極めて細い溶接ライン１６、１９であっても所望の形状及び面積を有する溶接部を形成できる。また、接合部１４、１５内において、溶接ライン１６、１９が互いに重なり合って、どの方向から外力が作用しても要素部材１１、１２は高い密着強度で接合されるとともに、溶接ラインが互いに幾重にも重なる過程で、再加熱され溶接ひずみを解消することができる。

その他、溶接予定ラインに平行な方向、つまり、周方向において、隣接する溶接痕が接触、或いは、重なっているとよく、これにより接合部全体が溶接され、均一な溶接深さにすることができ、更に接合部全体が再加熱されているため、接合部全体の溶接ひずみを解消することができる。環状溶接ライン群１７、２０の外周縁又は内周縁において、周縁から外側と内側とへそれぞれ溶接ライン幅を有する環状領域内、すなわち外周縁又は内周縁プラスマイナス溶接ライン幅の環状領域において、１の溶接ラインと該１の溶接ラインに隣接する溶接ラインが接触、或いは、重なることで環状溶接ライン群１７、２０は密に面状の接合部１４、１５を形成することができる。なお、上記溶接ライン幅が変化する場合には、溶接ラインの幅のうち最大の溶接幅を採用する。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

上記実施例において、接合部１４、１５は、弧状の溶接ライン１６、１９を使用して、円環状の溶接ライン群１７、２０を形成していたが、これに限らない。たとえば、図４に示すように、径方向に所定長さを有する極細かつ直線状の溶接ライン４１が、溶接予定ライン４２に沿ってかつ周方向に隣接して環状に連なり環状溶接ライン群４５を形成してもよい。

つぎに、実施例２に係る金属の接合構造及び金属の溶接方法につき、図５を参照して説明する。上記実施例は金属ベローズ及び金属ベローズの溶接方法であったが、実施例２に係る発明は、重ねられた金属板同志を接合するものである。なお、前記実施例と重複する説明は省略する。

図５（ａ）は、電気回路を構成する絶縁導体５１、５２の接合構造を示す。絶縁導体５１（本発明に係る第１部材）、導体５２（本発明に係る第２部材）は、それぞれ導体５１ａ、５２ａを絶縁被覆５１ｂ、５２ｂによって絶縁されている。絶縁被覆５１ｂ、５２ｂを除去して重ね合わせた重なり部５３にレーザ光Ｌを照射して環状溶接ライン群５５を形成して接合する。上記実施例１においては、略円形の溶接予定ラインに沿って溶接ラインを隣接して形成して円環状溶接ライン群を形成していた。しかし、溶接予定ラインは閉じた環状図形であれば、図５（ａ）のように矩形の溶接予定ライン５９に沿って矩形状の環状溶接ライン群としてもよい。たとえば、積層した金属板同志の重なり部の形状が三角形の場合には、重なり部の形状に応じて三角の環状溶接ライン群としてもよい。

本発明に使用されるシングルモードのファイバーレーザ光は、ビームスポットの大きさを１０μｍから１００μｍ程度に絞り込んでレーザ光の出力を一点に集中して溶接部の入熱量を大きくすることなく溶接できる。これにより溶接部と絶縁物とが接近していても、溶接部と絶縁物の隙間寸法に対して十分細く絞り込んだレーザ光を使用することにより、絶縁導体の絶縁物にダメージを与えることなく溶接できる。

また、上記実施例においては、２枚の金属を重ねて接合したが、３枚又は４枚以上の金属の接合構造としてもよい。たとえば、図５（ｂ）に示すように、金属板６１と金属板６２を重ねて、重なり部６３をレーザ光により環状溶接ライン群６５を形成して接合し、さらに、金属板６４を重ねて重なり部６６をレーザ光により環状溶接ライン群６７を形成して、３層の接合構造とすることができる。あるいは、３枚又は４枚以上の金属を重ねて同時にレーザ光で環状溶接ライン群を形成して接合してもよい。

さらに、図５（ａ）の導体５１、５２は、２次元的な直線形状だけでなく、立体的に折り曲げられた３次元的を有するものであってもよい。たとえば、導体５１、５２はクランク状に折れ曲がった形状を有し、重なり部５３の両側に絶縁導体５１、５２が立設していてもよい。レーザ光は、重なり部５３に非接触で溶接できるため、両側に絶縁導体５１、５２が立設していてもレーザ光を送り込んで環状溶接ライン群５５を形成して接合することができる。

実施例２においては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる導体の接合構造及び溶接方法について説明した。しかし、導体に限らず、鉄、鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼材料、又はチタン等の非鉄金属からなる金属板同志を接合に適用してもよいし、異種金属同志の接合に適用してもよい。また、板材同志の溶接に限らず、線材同志、線材と板材との溶接にも適用できる。

実施例３に係る発明は、金属ダイアフラムの接合構造及び溶接方法であり、図６、図７を参照して説明する。なお、前記実施例と重複する説明は省略する。なお、以下の実施例において、金属とは、鉄、鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼材料、又はアルミニウム、銅、チタン等の非鉄金属であり、溶接可能な金属であれば本発明の接合構造及び溶接方法を適用できる。

図６に示すように、ダイアフラム７１（本発明に係る第１部材）は、略円形の薄板の金属板からなる弾性薄膜である。ダイアフラム７１は、金属性の板部材７２（本発明に係る第２部材）に設けられた孔部７２ａを塞ぐように取り付けられ、ダイアフラム７１の前後に生じる外力の差に応じて板厚方向に変形する。特に、本発明の接合構造及び溶接方法は、繰り返し外力が作用するダイアフラム７１と板部材７２との接合に適している。

図６に示すように、金属性の板部材７２に設けられた孔部７２ａを塞ぐように取り付けられたダイアフラム７１と板部材７２との重なり部７３に設定された溶接予定ライン７９沿ってレーザ光Ｌを照射して環状溶接ライン群７５を形成して接合する。これにより、溶接部にどの方向から力が作用してもダイアフラム７１を板部材７２に強固に固定することができる。

また、第１流体側（たとえば、液体側）と第２流体側（たとえば、気体側）を区画するダイアフラムのように気密性を必要とする場合には、図７に示すように、金属性の板部材８２の孔部８２ａの周囲に形成された溝部８２ｂにシール部材８６を配設し、孔部８２ａと略同心に取り付けられたダイアフラム８１の外縁部８１ａに沿ってレーザ光Ｌを照射する。すなわち、ダイアフラム８１の外縁部８１ａが溶接予定ラインに設定される。そして、径方向に所定長さを有する極細の溶接ライン８３が、ダイアフラム８１の外縁部８１ａに沿ってかつ周方向に隣接して連続して連なる環状溶接ライン群８５を形成するように溶接される。ダイアフラム８１の外縁部８１ａに沿ってレーザを照射することにより、レーザ光Ｌとシール部材８６との間隔を確保して、レーザ光Ｌによるシール部材８６に対する熱影響を低減でき、気密性を有するダイアフラム８１を形成できる。

実施例４に係る発明は、金属性の栓部材の接合構造及び溶接方法であり、図８を参照して説明する。なお、前記実施例と重複する説明は省略する。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、栓部材９１（本発明係る第１部材）は軸部９１ｂ及び軸部９１ｂより大径の頭部９１ａからなる。栓部材９１の軸部９１ｂは、金属性の板部材９２（本発明に係る第２部材）に設けられた孔部９２ａに挿入される。溶接予定ライン９９は栓部材９１の軸部９１ｂと板部材９２の孔部９２ａの境界に設定される。そして、径方向に所定長さを有する極細の溶接ライン９３が、軸部９１ｂと孔部９２ａの境界に沿ってかつ周方向に隣接して連なる環状溶接ライン群９４が形成され接合される。これにより、栓部材９１は板部材９２に固定される。なお、溶接予定ラインは、栓部材９１の頭部９１ａの外周縁に設定して、頭部９１ａの外周縁に沿ってレーザ光を照射して環状溶接ライン群形成をしてもよいし、栓部材９１の頭部９１ａの外周縁及び軸部９１ｂと板部材９２の孔部９２ａの境界の両方に沿ってレーザ光を照射して環状溶接ライン群形成をしてもよい。

また、図８（ｃ）に示すように、板部材９２の孔部９２ａに挿入された栓部材９５の軸部９５ｂは板部材９２の表面から突出してもよいし、図８（ｄ）に示すように、板部材９２の孔部９２ａに挿入された栓部材９６の軸部９６ｂは板部材９２の表面から引っ込んでいてもよい。溶接予定ラインとなる軸部９５ｂ、９６ｂと板部材９２の孔部９２ａの境界に段差があっても、環状溶接ライン群９４によって容易に栓部材９５、９６を固定することができる。

さらに、栓部材が第１流体側（たとえば、液体側）と第２流体側（たとえば、気体側）を区画する場合には、図８（ｄ）に示すように、栓部材９６にシール部材９７を配設したものであってもよい。

実施例５に係る発明は、板部材とカシメ端子とを電気的に接合するための接合構造及び溶接方法であり、図９を参照して説明する。なお、前記実施例と重複する説明は省略する。

図９（ａ）に示すように、カシメ端子１０１（本発明係る第１部材）は軸部１０１ｂ及び軸部１０１ｂより大径の頭部１０１ａからなる。カシメ端子１０１の軸部１０１ｂは、金属性の板部材１０２（本発明に係る第２部材）に設けられた孔部１０２ａに挿入される。つぎに、図９（ｂ）に示すように、カシメ端子１０１の軸部１０１ｂの端部をカシメて数ｍｍから１０ｍｍ程度の直径に拡径される。そして、拡径部１０１ｃの外周縁１０１ｄが溶接予定ラインとして設定され、径方向に所定長さを有する極細の溶接ライン１０３が、外周縁１０１ｄ（溶接予定ライン）に沿ってかつ周方向に隣接して連なる環状溶接ライン群１０５を形成するように溶接される。これにより、カシメ端子１０１と板部材１０２とが電気的に接合され、カシメ端子１０１と板部材１０２との接触抵抗が低減される。通常、拡径部１０１ｃの外周縁１０１ｄは円形ではなく、歪んだ形状に拡径されることが多い。しかし、カシメ部の外周縁が歪んでいても、径方向に所定長さを有する溶接ライン１０３を周方向に隣接して環状に連なることで、カシメ端子１０１の拡径部１０１ｃと板部材１０２とが電気的に確実に接合される。なお、カシメ端子１０１は中実であるが、中空の軸部、頭部を有するカシメ端子であってもよい。

実施例６に係る発明は、薄板を固定するねじ部材の回り止めのための接合構造及び溶接方法であり、図１０を参照して説明する。なお、前記実施例と重複する説明は省略する。

図１０（ａ）に示すように、ねじ部材１１１（本発明係る第１部材）は雄ねじ部１１１ｂ及び雄ねじ部１１１ｂより大径の頭部１１１ａからなる。ねじ部材１１１の雄ねじ部１１１ｂは、金属性の板部材１１２（本発明に係る第２部材）に設けられた雌ねじ部１１２ｂに螺合される。つぎに、図１０（ａ）に示すように、ねじ部材１１１の頭部１１１ａ外周縁１１１ｃを溶接予定ラインとして設定し、板部材１１２の端面１１２ａに径方向に所定長さを有する極細の溶接ライン１１３が、頭部１１１ａの外周縁１１１ｃに沿って環状溶接ライン群１１５が形成される。溶接ライン１１３の太さは１００μｍから５００μｍであり、０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度の板部材１１２を固定するねじ部材１１１であっても、薄板の板部材１１２を歪ませることなくねじ部材１１１を回り止めすることができる。更に、ねじ部からの流体の漏えいを防止することができる。

また、図１０（ｃ）に示すように、ねじ部材１１１の雄ねじ部１１１ｂと板部材１１２の端面１１２ｃとの境界に溶接予定ライン１１９を設定し、レーザ光を照射して環状溶接ライン群を形成して、ねじ部材１１１を回り止めしてもよい。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、上記実施例において、溶接予定ラインは、円形、矩形としていたが、閉じた環状図形であればこれに限らない。たとえば、溶接予定ラインを楕円、三角形又は多角形の溶接予定ラインとして、楕円形状、三角形状又は多角形状の環状溶接ライン群を形成してもよい。

１０ 金属ベローズ
１１ 第１要素部材
１２ 第２要素部材
１３ 溶接予定ライン
１４ 接合部
１５ 接合部
１６ 溶接ライン
１７ 環状溶接ライン群
１８ 溶接予定ライン
１９ 溶接ライン
２０ 環状溶接ライン群
４１ 溶接ライン
４２ 溶接予定ライン
４５ 溶接ライン群
５５ 溶接ライン群
６６ 溶接ライン群
６７ 溶接ライン群
Ｌ レーザ光

Claims (23)

1. ファイバーレーザの溶接手段を使用して金属からなる少なくとも第１部材と第２部材を接合する溶接方法であって、
   溶接手段は、環状の溶接予定ラインに沿って移動しながら、かつ、前記溶接予定ラインを横切って振動しながらレーザ光を連続照射して溶接ラインを形成することを特徴とする金属の溶接方法。
2. 前記溶接手段は、シングルモードのファイバーレーザであることを特徴とする請求項１に記載の金属の溶接方法。
3. 前記溶接予定ラインに沿った方向において、隣り合う前記溶接ラインが接触、或いは、重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属の溶接方法。
4. 前記第１部材及び前記第２部材は交互に積層される薄板環状の部材であり、前記溶接予定ラインは、隣接する前記第１部材と前記第２部材との重なり部に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
5. 前記第１部材及び前記第２部材は導体であり、前記溶接予定ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
6. 前記第１部材又は前記第２部材は前記重なり部の近傍に絶縁物をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の溶接方法。
7. 前記第１部材はダイアフラムであり、前記溶接予定ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
8. 前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の外周縁に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
9. 前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部を備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記軸部と前記第２部材の前記孔部の境界に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
10. 前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部を備え、前記孔部に嵌合された前記軸部の端部は拡径され、前記溶接予定ラインは前記拡径された部分の外周縁に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
11. 前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の溶接方法。
12. 前記第１部材は雄ねじ部及び前記雄ねじ部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備え、前記溶接予定ラインは前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記雄ねじ部と前記第２部材との境界に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接方法。
13. 金属からなる少なくとも第１部材及び第２部材を溶接により接合する構造であって、
    前記第１部材及び第２部材の接合部は、径方向に所定長さを有する溶接ラインが周方向に並ぶ環状溶接ライン群を備えることを特徴とする金属の接合構造。
14. 前記環状溶接ライン群の周方向において、隣り合う前記溶接ラインが接触、或いは、重なることを特徴とする請求項１３に記載の金属の接合構造。
15. 前記第１部材及び前記第２部材は交互に積層される薄板環状の部材であり、隣接する前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
16. 前記第１部材及び前記第２部材は導体であり、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
17. 前記重なり部の近傍に絶縁物をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の接合構造。
18. 前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材及び前記第２部材の重なり部は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
19. 前記第１部材はダイアフラムであり、前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備え、前記第１部材の外周縁は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
20. 前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部と、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部と、をさらに備え、前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記軸部と前記第２部材の前記孔部の境界は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
21. 前記第１部材は軸部及び前記軸部より大径の頭部と、前記第２部材は前記第１部材の前記軸部と嵌合する孔部と、前記孔部に嵌合された前記軸部の端部は拡径部と、をさらに備え、前記拡径部の外周縁は前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。
22. 前記第１部材と前記第２部材の間にシール部材をさらに備えることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の接合構造。
23. 前記第１部材は雄ねじ部及び前記雄ねじ部より大径の頭部を備え、前記第２部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備え、前記第１部材の前記頭部の外周縁及び／又は前記第１部材の前記雄ねじ部と前記第２部材との境界に前記環状溶接ライン群を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の金属の接合構造。

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