JP4935625B2 - レーザ溶着部の構造及びレーザ溶着方法 - Google Patents

レーザ溶着部の構造及びレーザ溶着方法 Download PDF

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Description

この発明は、例えばエンジンのシリンダヘッドカバー内にバッフルプレートをレーザ溶着する場合等に適用されるレーザ溶着部の構造及びレーザ溶着方法に関するものである。
従来、この種のレーザ溶着方法として、特許文献１に記載されている技術がある。この特許文献１の技術は、相互に溶着される２つの合成樹脂材の一方を透過するレーザ光によって両合成樹脂材を溶着させるものである。そして、一方の合成樹脂材に突条を設けて、両合成樹脂材間の初期面圧を向上させ、これによって溶着部にボイド等の欠陥が生じないようにすることを意図している。しかしながら、レーザ溶着方法においては、溶着時に両合成樹脂材に対して密着方向への加圧力を付与する必要があるが、加圧力を付与する加圧部材がレーザ光の照射の邪魔にならないように、その加圧部材をレーザ光照射領域の外側に配置する必要がある。このため、従来は以下に述べるような問題点が存在する。
すなわち、図７（ａ）〜（ｃ）は、合成樹脂製のシリンダヘッドカバー３１と、その内側に配置される同じく合成樹脂製のバッフルプレート３３との溶着方法を示している。そして、シリンダヘッドカバー３１の内側面に突壁３２が形成され、この突壁３２の先端面３２ａにバッフルプレート３３が溶着されている。バッフルプレート３３と突壁３２とシリンダヘッドカバー３１の頂壁との間には、ブローバイガスから潤滑オイルを分離するためのオイルセパレート室等が区画形成されている。
この従来構造の溶着時には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダヘッドカバー３１が上下を逆にした状態で治具３４上に載置され、その突壁３２の先端面３２ａにバッフルプレート３３が配置される。バッフルプレート３３は、溶着が適切に行われるように加圧部材３５により加圧されるが、このとき、加圧部材３５はレーザ光の照射領域を避けて突壁３２の先端面３２ａと対応する位置よりも外側の位置を加圧する。このため、バッフルプレート３３は突壁３２の先端面３２ａに圧接されるが、加圧位置が前記先端面３２ａの外側であるため、バッフルプレート３３は突壁３２の先端面３２ａの角部を起点として撓曲される。そして、この状態で、バッフルプレート３３を透過して突壁３２の先端面３２ａにレーザ光Ｌが照射されることにより、突壁３２の先端面３２ａにバッフルプレート３３が溶着される。
特開２００５−２８８９３４号公報
以上のように、レーザ溶着に際してバッフルプレート３３が突壁３２の先端面３２ａの角部の位置から撓曲される。このため、溶着終了にともない、加圧部材３５による加圧が解除されて、図７（ｂ）に示すように、バッフルプレート３３が撓曲状態から平板状態に復元されたとき、突壁３２の先端面３２ａとバッフルプレート３３との溶着部３６には剥離方向の力が作用する。このため、図７（ｃ）に示すように、溶着部３６の両端縁に亀裂Ｋが発生して、溶着強度が低下するおそれがあった。そして、このような亀裂Ｋが発生した場合、場合によっては２カ所の亀裂Ｋが連続してしまい、両端縁間に跨る細隙が形成されることもある。このように細隙が形成された場合は、溶着強度がさらに低下するばかりでなく、例えば図７（ａ）〜（ｃ）において、突壁３２を介した左右の空間の間に圧力差が必要であっても、その圧力差を保つことができず、構造物としての本来の機能が損なわれるおそれもあった。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、第１の部材の突壁の先端面に対して第２の部材を、亀裂が生じることなく堅固に溶着することができるレーザ溶着部の構造を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１の発明においては、第１の部材に設けられた突壁の先端面に対して、板状をなすとともに、レーザ光透過性を有する第２の部材をレーザ溶着させたレーザ溶着部の構造において、前記第２の部材における突壁の先端面対する接合位置から外側に離隔した位置には、他の部分よりも撓みやすい撓曲部を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明においては、前記撓曲部は、薄肉部であることを特徴とする。
請求項３の発明においては、前記撓曲部は、段差部であることを特徴とする。
請求項４の発明においては、前記撓曲部は、応力集中抑制構造を有することを特徴とする。
請求項５の発明においては、第１の部材がシリンダヘッドカバー、第２の部材がそのシリンダヘッドカバーの内側に固定されるバッフルプレートであって、それらの両部材の間にブローバイガスから潤滑オイルを分離するためのオイルセパレート室が形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明においては、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のレーザ溶着部の構造において、第１の部材に設けられた突壁の先端面に対して、第２の部材における撓曲部間の位置を接合した状態で、前記撓曲部よりも外側の位置において第２の部材を前記接合方向に加圧し、この状態で第２の部材を透過して突壁の先端面にレーザ光を照射することにより、突壁の先端面に第２の部材を溶着させることを特徴とする。なお、ここで、撓曲部よりも外側の位置とは、撓曲部の外側の位置だけではなく、撓曲部の位置も含むものとする。
従って、この発明においては、レーザ溶着に際して第２部材が第１の部材の突壁の先端面に対する接合位置の外側の加圧位置において加圧されたとき、第２の部材が接合位置から離隔した撓曲部を中心に撓曲される。このため、レーザ溶着後に加圧が解除されて、第２の部材が撓曲状態から平板状態に復元される際に、突壁の先端面と第２の部材との間の溶着部に剥離方向への力が作用することはない。よって、溶着部に亀裂が生じるおそれを防止することができる。
以上のように、この発明によれば、第１の部材の突壁の先端面に対して第２の部材を、亀裂が生じることなく堅固に溶着することができるという効果を発揮する。
（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、この第１実施形態においては、エンジンのシリンダブロック（図示しない）上に固定されたシリンダヘッド１１上に、合成樹脂製の第１の部材としてのシリンダヘッドカバー１２が装着されている。シリンダヘッドカバー１２の頂壁１２ａの内面には、複数（実施形態では２条）の突壁１３が突出形成されている。突壁１３の先端面１３ａには、板状をなす合成樹脂製の第２の部材としてのバッフルプレート１４が溶着されている。このバッフルプレート１４は、レーザ光の透過性を有する。そして、バッフルプレート１４，突壁１３及びシリンダヘッドカバー１２の頂壁１２ａの間には、ブローバイガスから潤滑オイルを分離するためのオイルセパレート室１５が形成されている。なお、このオイルセパレート室１５内には、図示しないオイル分離のための構成を備えている。
バッフルプレート１４における突壁１３の先端面１３ａと対応する接合位置とその両外側の加圧される位置との間において、前記接合位置から所定距離離隔した部分には、他の部分よりも撓みやすいように凹部よりなる一対の撓曲部２３が形成されている。従って、撓曲部２３は薄肉部により構成されている。前記撓曲部２３の内コーナ２３ａは、円弧状に形成されて、応力集中抑制構造となっている。ちなみに、各部の寸法は、例えば以下のような値が設定される。すなわち、前記突壁１３の厚さＴ１は１〜３ｍｍ、バッフルプレート１４の厚さＴ４は（Ｔ１＋（０．３〜５））ｍｍである。このような場合、凹部よりなる各撓曲部２３の幅Ｔ２が０．５〜１．５ｍｍ、両撓曲部２３の内側面間の間隔Ｔ３が（Ｔ１＋０．３）〜（Ｔ１＋１）ｍｍとなるように設定される。また、撓曲部２３を形成した部分，すなわち薄肉部におけるバッフルプレート１４の厚さＴ５が（Ｔ３×（０．７〜０．９））ｍｍとなるように設定される。
図１に示すように、前記バッフルプレート１４の下面には、合成樹脂製の溝部材１６が溶着されている。溝部材１６の幅方向の中央部には、溝部材１６の長手方向に延びる凹溝１６ａが形成されている。凹溝１６ａの内面とバッフルプレート１４の下面との間には、潤滑オイルの流路１７が形成されている。オイルセパレート室１５と流路１７とを連通するように、バッフルプレート１４には連通孔１８が形成されている。流路１７から下方に開口するように、凹溝１６ａの底壁には複数の供給孔１９が形成されている。そして、オイルセパレート室１５内でブローバイガスから分離された潤滑オイルが、連通孔１８を介して流路１７内に流下された後、各供給孔１９からシリンダヘッド１１内の図示しないカムシャフト等に向かって供給される。なお、前記シリンダヘッドカバー１２，バッフルプレート１４及び溝部材１６は同材質により構成されている。
次に、レーザ溶着方法について説明する。
さて、レーザ溶着時には、図２（ａ）に示すように、シリンダヘッドカバー１２が上下を逆にした状態で治具２１上に載置される。そして、シリンダヘッドカバー１２内の突壁１３の先端面１３ａ上にバッフルプレート１４の撓曲部２３間の位置が配置される。その後、撓曲部２３と対応する位置よりも両外側の位置において、加圧部材２２によりバッフルプレート１４がシリンダヘッドカバー１２側に加圧される。このため、バッフルプレート１４の下面が突壁１３の先端面１３ａに圧接状態で接合される。
この場合、バッフルプレート１４における突壁１３の先端面１３ａと対応する接合位置とその両外側の加圧される位置との間において、接合位置から離隔した位置には、一対の撓曲部２３が形成されている。そして、撓曲部２３の位置はバッフルプレート１４の他の部分よりも薄くなっており、加圧部材２２による加圧時には、図２（ａ）に示すように、バッフルプレート１４の加圧された部分が、突壁１３の先端面１３ａに対する接合位置の両端付近を起点とすることなく、それよりも外側の撓曲部２３を起点として撓曲変形される。なお、前記撓曲部２３の内コーナ２３ａは、円弧状に形成されているため、この内コーナ２３ａの部分に集中応力が生じることは抑制される。
この状態で、バッフルプレート１４を透過して突壁１３の先端面１３ａにレーザ光Ｌが照射される。この場合、レーザ光Ｌは少なくとも突壁１３の先端面１３ａの厚さＴ１の幅で、最大でもバッフルプレート１４の撓曲部２３間の間隔Ｔ３の領域を照射する。このレーザ光Ｌの照射により、突壁１３の先端面１３ａ及びその先端面と１３ａと接しているバッフルプレート１４の面が溶融されて、突壁１３とバッフルプレート１４とが溶着される。その後、加圧部材２２による加圧が解除されると、図２（ｂ）に示すように、バッフルプレート１４が撓曲状態から平板状態に復元される。このとき、バッフルプレート１４が撓曲部２３を起点として復元変形されるため、突壁１３の先端面１３ａとバッフルプレート１４との間の溶着部２４に剥離方向への力が作用することはない。
従って、この第１実施形態においては、以下の効果がある。
（１） レーザ溶着終了にともなうバッフルプレート１４の復元に際して溶着部２４に剥離方向への力が作用することがないため、溶着部２４の両端縁に亀裂が生じるおそれを防止することができる。このため、高い溶着強度を得ることができるとともに、突壁１３の両側における空間の間に圧力差が必要な場合、その圧力差を維持できる。
（２） 突壁１３とバッフルプレート１４との間に亀裂が発生するおそれがないため、バッフルプレート１４を突壁１３の先端面１３ａに対して高い圧力で加圧できる。このため、高い溶着強度を得ることができる。
（３） 撓曲部２３の内コーナ２３ａが円弧状に形成されているため、加圧時にその内コーナ２３ａに対して応力が集中することを防止でき、バッフルプレート１４の割れ等を防止できる。
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態においては、図４に示すように、バッフルプレート１４における突壁１３の先端面１３ａと対応する接合位置とその両外側の加圧位置との間の部分において、先端面１３ａから離隔し、レーザ光の照射部より板厚が薄く形成された他の部分よりも撓みやすい段差部よりなる一対の撓曲部２６が形成されている。この撓曲部２６の内コーナ２６ａは円弧状に形成されている。そして、レーザ溶着に際してバッフルプレート１４が加圧されたとき、バッフルプレート１４が、突壁１３の先端面１３ａの角部を起点とすることなく、それよりも外側の撓曲部２６を起点にして撓曲変形される。
従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果と同様な効果を得ることができる。
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第３実施形態では、図５に示すように、撓曲部２６が断面円弧状に形成されている。
従って、この第３実施形態においては、撓曲部２６における応力集中をさらに避けることができる。
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第４実施形態では、図６に示すように、ケースにおいて、第１の部材としての合成樹脂製の下部ケース２７の外周縁に、突壁としての周壁２８が形成されている。第２の部材としての上部ケース２９の外周縁には、下部ケース２７の周壁２８に対応するフランジ状の板状部２９ａが形成されている。板状部２９ａにおける周壁２８の先端面２８ａと対応する接合位置とその両外側の加圧位置との間において先端面２８ａから離隔した位置には、他の部分よりも撓みやすい溝状の凹部よりなる一対の撓曲部３０が形成されている。そして、前記第１実施形態と同様な方法により、周壁２８の先端面２８ａに対して板状部２９ａが溶着されて、ケースが密閉状態に保持されている。
従って、この第３実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。特に、この第３実施形態においては、周壁２８と板状部２９ａとが強固に溶着されることから、ケースの密閉性を高めることに有用である。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態において、撓曲部を凹部または段差部とは異なった薄肉部等の他の形状にすること。例えば、バッフルプレート等の第２の部材に、その溶着部から所定距離離隔した位置から両側に向かって厚さが次第に薄くなる傾斜部を設けて、その傾斜部を撓曲部とすること。
・ この発明を、前記実施形態とは異なった部材間のレーザ溶着部の構造に具体化すること。例えば、合成樹脂製のオイルパンの周壁とと蓋板との溶着部の構造において具体化すること。
第１実施形態のレーザ溶着部の構造を示すシリンダヘッドカバー部分の断面図。 （ａ）は図１のレーザ溶着部の構造における溶着方法を示す部分拡大断面図。（ｂ）は溶着後の状態を示す部分断面図。 図１のレーザ溶着部の構造を分解して示す部分斜視図。 第２実施形態のレーザ溶着部の構造を示す部分断面図。 第３実施形態のレーザ溶着部の構造を示す部分断面図。 第４実施形態のレーザ溶着部の構造を示す部分断面図。 （ａ）は従来のレーザ溶着部の構造における溶着方法を示す部分断面図。（ｂ）は溶着後の状態を示す部分断面図、（ｃ）は亀裂の発生状況を示す一部拡大断面図。
符号の説明
１２…第１の部材としてのシリンダヘッドカバー、１３…突壁、１３ａ…先端面、１４…第２の部材としてのバッフルプレート、１５…オイルセパレート室、２１…治具、２２…加圧部材、２３…凹部よりなる撓曲部、２４…溶着部、２６…段差部よりなる撓曲部、２７…第１の部材としての下部ケース、２８…突壁としての周壁、２８ａ…先端面、２９…第２の部材としての上部ケース、２９ａ…板状部、３０…凹部よりなる撓曲部、Ｌ…レーザ光。

Claims (6)

  1. 第１の部材に設けられた突壁の先端面に対して、板状をなすとともに、レーザ光透過性を有する第２の部材をレーザ溶着させたレーザ溶着部の構造において、
    前記第２の部材における突壁の先端面対する接合位置から外側に離隔した位置には、他の部分よりも撓みやすい撓曲部を設けたことを特徴とするレーザ溶着部の構造。
  2. 前記撓曲部は、薄肉部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶着部の構造。
  3. 前記撓曲部は、段差部であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶着部の構造。
  4. 前記撓曲部は、応力集中抑制構造を有することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のレーザ溶着部の構造。
  5. 第１の部材がシリンダヘッドカバー、第２の部材がそのシリンダヘッドカバーの内側に固定されるバッフルプレートであって、それらの両部材の間にブローバイガスから潤滑オイルを分離するためのオイルセパレート室が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のレーザ溶着部の構造。
  6. 請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のレーザ溶着部の構造において、第１の部材に設けられた突壁の先端面に対して、第２の部材における撓曲部間の位置を接合した状態で、前記撓曲部よりも外側の位置において第２の部材を前記突壁に向かって加圧し、この状態で第２の部材を透過して突壁の先端面にレーザ光を照射することにより、突壁の先端面に第２の部材を溶着させることを特徴とするレーザ溶着方法。
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