特許ウォッチ

公開番号2024180068
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023099501
出願日2023-06-16
発明の名称異種金属接合継手
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類B23K 9/23 20060101AFI20241219BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】鋼板からなる第1部材と、アルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる第2部材と、を接合する異材接合継手において、高強度の異種金属接合継手を提供する。
【解決手段】鋼板からなる第1部材と、アルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合部と、を備え、第1部材は、第2部材との重ね合わせ面に臨む板厚方向の貫通孔を有し、接合部は、貫通孔に充填されて第2部材と溶接した溶接金属であって、少なくとも前記第1部材の表面に表余盛を形成し、貫通孔の直径を、3.0mm以上、15.0mm以下とし、表余盛の直径を、貫通孔の直径をdとした場合、d以上、5.0d以下とし、表余盛の高さを、第2部材の板厚をt₂とした場合、0.1t₂以上、5.0t₂以下とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
１つ又は複数の鋼板からなる第１部材と、
１つ又は複数のアルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる板状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合部と、
を備え、
前記第１部材は、前記第２部材との重ね合わせ面に臨む板厚方向の貫通孔を有し、
前記接合部は、前記貫通孔に充填されて前記第２部材と溶接した溶接金属であって、前記第１部材の表面に配置される表余盛を有し、
前記貫通孔の直径ｄと、前記表余盛の幅Ｗ
１
と、前記表余盛の高さＨ
１
と、前記第２部材の板厚ｔ
２
との関係が、以下の式を満たすことを特徴とする、
異材接合継手。
３．０ｍｍ≦ｄ≦１５．０ｍｍ
ｄ＜Ｗ
１
≦５．０ｄ
０．１ｔ
２
≦Ｈ
１
≦５．０ｔ
２
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
前記第２部材の裏面に裏余盛を有し、
前記貫通孔の直径ｄと、前記裏余盛の幅Ｗ
２
と、前記裏余盛の高さＨ
２
と、前記第２部材の板厚ｔ
２
との関係が、以下の式を満たすことを特徴とする、
請求項１に記載の異材接合継手。
Ｗ
２
≦３．０ｄ
Ｈ
２
≦５．０ｔ
２
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異材接合継手の製造方法であって、
前記第１部材に前記貫通孔を空ける孔空け工程と、
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
溶接材料を溶融させた溶接金属を前記貫通孔に充填し、前記溶接金属と前記第２部材とを溶接する溶接工程と、
を備え、
アーク、プラズマ、レーザーから選択される少なくとも１つの熱源により、前記溶接材料を溶融させる、
異材接合継手の製造方法。
【請求項４】
前記溶接工程の前に、前記第２部材に当接する裏当て部材を当接する当接工程を有する、
請求項３に記載の異材接合継手の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種金属接合継手に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車を代表とする輸送機器には、（ａ）有限資源である石油燃料消費、（ｂ）燃焼に伴って発生する地球温暖化ガスであるＣＯ
２
、（ｃ）走行コストといった各種の抑制を目的として、走行燃費の向上が常に求められている。その手段としては、電気駆動の利用など動力系技術の改善の他に、車体重量の軽量化も改善策の一つである。軽量化には現在の主要材料となっている鋼を、軽量素材であるアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維等に置換する手段がある。しかし、全てをこれらの軽量素材に置換するには、高コスト化や強度不足になるといった問題点がある。このため、解決策として、鋼と軽量素材を適材適所に組み合わせた、いわゆるマルチマテリアルと呼ばれる設計手法が注目を浴びている。
【０００３】
従来の鋼とアルミニウム又はマグネシウムの異材接合技術としては、アルミニウム製の下板と、該下板との重ね合わせ面に臨む穴が設けられた鋼製の上板と、中空部を有し上板の穴に挿入されるアルミニウム製の接合補助部材とを備え、接合補助部材の中空部にアーク溶接によって溶接金属を充填して、アルミニウム同士の拘束力により下板と上板とを接合する、特許文献１に記載の異材接合技術が知られている。同様に、鋼製の下板と、アルミニウム製の上板とを、鉄製のワイヤを用いて接合する異材接合技術として、例えば、特許文献２が知られている。
【０００４】
また、特許文献３には、あらかじめ貫通穴を溶接線に沿って設けた鋼材とアルミニウム材とを互いに重ねて合わせ、溶接トーチに後退角を設けて溶接線に沿って走らせながら、アルミニウム溶接ワイヤによって、鋼材側に設けた貫通孔にアルミニウム溶接材料を溶融充填させつつ、ビードを形成してアーク溶接する、いわゆるスクラムリベット法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１７１７６５号公報
ＷＯ２０１８／０３０２７２号公報
特許第４９４４９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、上板である鋼材に形成した貫通穴に、板厚方向に貫通する中空部が形成されたアルミニウム系材料又はマグネシウム系材料性からなる接合補助部材を設けるものであって、溶接時間を短くすることを目的としている。この場合、貫通穴に嵌合する接合補助部材を製造するコストと、製造した接合補助部材を貫通孔に挿入する手間が掛かるという課題がある。また、特許文献２の技術は、鋼板を下板に、アルミニウム合金又はマグネシウム合金製の上板を接合する技術であって、アルミニウム合金製の下板に、鋼製の上板を接合する技術とは異なる。また、特許文献３の技術によれば、線溶接で連続的に複数の予備穴を埋めていくのが特徴であるため、鋼を溶かしすぎて溶接金属に割れが生じやすく、継手強度が低くなり易いという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼板からなる第１部材と、アルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる第２部材と、を接合する異材接合継手において、高強度の異種金属接合継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］１つ又は複数の鋼板からなる第１部材と、
１つ又は複数のアルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる板状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合部と、
を備え、
前記第１部材は、前記第２部材との重ね合わせ面に臨む板厚方向の貫通孔を有し、
前記接合部は、前記貫通孔に充填されて前記第２部材と溶接した溶接金属であって、前記第１部材の表面に配置される表余盛を有し、
前記貫通孔の直径ｄと、前記表余盛の幅Ｗ
１
と、前記表余盛の高さＨ
１
と、前記第２部材の板厚ｔ
２
との関係が、以下の式を満たすことを特徴とする、
異材接合継手。
３．０ｍｍ≦ｄ≦１５．０ｍｍ
ｄ＜Ｗ
１
≦５．０ｄ
０．１ｔ
２
≦Ｈ
１
≦５．０ｔ
２
［２］前記第２部材の裏面に裏余盛を有し、
前記貫通孔の直径ｄと、前記裏余盛の幅Ｗ
２
と、前記裏余盛の高さＨ
２
と、前記第２部材の板厚ｔ
２
との関係が、以下の式を満たすことを特徴とする、
［１］に記載の異材接合継手。
Ｗ
２
≦３．０ｄ
Ｈ
２
≦５．０ｔ
２
［３］［１］又は［２］に記載の異材接合継手の製造方法であって、
前記第１部材に前記貫通孔を空ける孔空け工程と、
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
溶接材料を溶融させた溶接金属を前記貫通孔に充填し、前記溶接金属と前記第２部材とを溶接する溶接工程と、
を備え、
アーク、プラズマ、レーザーから選択される少なくとも１つの熱源により、前記溶接材料を溶融させる、
異材接合継手の製造方法。
［４］前記溶接工程の前に、前記第２部材に当接する裏当て部材を当接する当接工程を有する、
［３］に記載の異材接合継手の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼板からなる第１部材と、アルミニウム系材料又はマグネシウム系材料からなる第２部材と、第１部材と第２部材とを接合する接合部と、を備えた異材接合継手において、接合部が有する表余盛を所定のサイズに収めることにより、高強度の異材接合継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１（Ａ）は、本実施形態の異材接合継手の製造方法の孔空け工程を示す図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の異材接合継手の製造方法の溶接工程を示す図である。
図２は、接合部の形状を示したモデル図である。
図３（Ａ）は、上板として複数の板状部材を設けた例を示した図であり、図３（Ｂ）は、貫通孔に下板に向かって幅広になるテーパーを設けた図であり、図３（Ｃ）は、貫通孔に下板に向かって幅狭になるテーパーを設けた図である。
図４（Ａ）は、本実施形態の異材接合継手の製造方法の第１裏当て部材を用いた当接工程を示した図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態の異材接合継手の製造方法の第２裏当て部材を用いた当接工程を示した図であり、図４（Ｃ）は、本実施形態の異材接合継手の製造方法の第３裏当て部材を用いた当接工程を示した図である。
図５（Ａ）は、表１のＮｏ１に相当する溶接部断面写真であり、図５（Ｂ）は、表１のＮｏ．７に相当する溶接部断面写真であり、図５（Ｃ）は、表１のＮｏ．９に相当する溶接部の断面写真であり、図５（Ｄ）は、表１のＮｏ．２２に相当する溶接部の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許