(57)【要約】  本願発明の両側溶接方法は、製品精度を向上させることを目的とするものであり、接合対象である第１部材と第２部材とが突き合わされた接合部について、その接合部を挟んだ一方側から行う第１溶接と、その第１溶接とは逆の他方側から行う第２溶接とによって両側から溶接する場合に、前記第１溶接の後に行う前記第２溶接は、目標とする歪量の溶接歪が生じるように、前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うようにしたものである。
2012137342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とが突き合わされた接合部について、その接合部を挟んだ一方側から行う第１溶接と他方側から行う第２溶接とによって接合する両側溶接方法であり、
前記第１溶接の後に行う前記第２溶接は、目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことを特徴とする両側溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載する両側溶接方法において、
前記第１溶接及び第２溶接は、共に目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことを特徴とする両側溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する両側溶接方法において、
前記熱量調整は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接による溶接歪の結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪みが生じるように前記接合部への入熱量を調整することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載する両側溶接方法において、
前記熱量調整は、前記溶接歪が前記第２部材に対するものである場合に、前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の溶接を行う際、溶接前に前記第２部材の状態を測定し、その測定結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載する両側溶接方法において、
前記熱量調整は、前記溶接歪が前記第２部材に対するものであり、前記第１溶接及び第２溶接が本溶接を行う前に仮付けを行う場合に、前記仮付け後に行う前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の本溶接を行う際、溶接前に前記第２部材の状態を測定し、その測定結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項６】
請求項１に記載する両側溶接方法において、
前記第１部材は、円形の張出部を備えた部材であり、前記第２部材は、前記張出部に嵌め合わせる環状の部材であり、嵌め合わせた前記第１部材及び第２部材の径方向に突き合わされた円周面同士が前記接合部となることを特徴とする両側溶接方法。
【請求項７】
請求項６に記載する両側溶接方法において、
前記熱量調整での状態測定は、前記第２部材の軸方向端面について溶接前の状態を全周にわたって行うことを特徴とする両側溶接方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載する両側溶接方法において、
前記第１溶接及び第２溶接はレーザ溶接であることを特徴とする両側溶接方法。
【請求項９】
円形の張出部を備えた第１部材の当該張出部に対して環状の第２部材を嵌め合わせ、前記第１部材及び第２部材の円周面同士が径方向に突き合わされた接合部について、その接合部を挟んだ一方側から行う第１溶接と他方側から行う第２溶接とによって接合する両側溶接方法であり、
前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う際、溶接歪によって生じる周方向の溶接変位によって前記第２部材の軸方向端面に存在する周方向のうねりを打ち消すため、周方向の溶接開始位置を決定することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１０】
請求項９に記載する両側溶接方法において、
前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の後に、前記第２試験用部材の軸方向端面の状態を測定し、その測定結果を基に前記第２試験用部材の軸方向端面に溶接歪によって生じた前記溶接変位を求めておき、
前記第１部材及び第２部材について前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う前に前記第２部材の軸方向端面の状態を測定し、溶接前の前記軸方向端面に存在する前記うねりを求め、
前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載する両側溶接方法において、
前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び前記第２溶接の双方の後に、前記第２試験用部材の軸方向端面に生じた溶接後の状態を測定した測定結果から前記溶接変位を求めておき、
前記第１部材及び第２部材について前記第１溶接及び前記第２溶接の双方の溶接を行う前に前記第２部材について前記うねりを求め、前記双方の溶接を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載する両側溶接方法において、
前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接後に行う前記第２溶接により、前記第２試験用部材の軸方向端面に生じた溶接後の状態を測定した測定結果から前記溶接変位を求めておき、
前記第１部材及び第２部材について行った前記第１溶接後の前記第２部材について前記うねりを求め、前記第２溶接を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載する両側溶接方法において、
前記第１溶接の後に行う前記第２溶接は、目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載する両側溶接方法において、
前記第１溶接及び第２溶接は、共に目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１５】
請求項１３又は請求項１４に記載する両側溶接方法において、
前記熱量調整は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接による溶接歪の結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪みが生じるように前記接合部への入熱量を調整することを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載する両側溶接方法において、
前記第１溶接及び第２溶接はレーザ溶接であることを特徴とする両側溶接方法。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６に記載する両側溶接方法において、
前記第１及び第２溶接の溶接方向に見た前記接合部の中間部分に空間を構成する継手形状の前記第１部材と第２部材を使用することを特徴とする両側溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデファレンシャルギヤの製造に使用される溶接方法であって、ギヤケースに嵌め合わせたリングギヤを接合するため溶接部を両側から溶接する両側溶接方法に関し、特に溶接によって生じる溶接歪を積極的に利用して製品精度を向上させるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デファレンシャルギヤのギヤケースにリングギヤを接合する場合、ボルトを使用した締結が行われていた。しかし、ボルト締結では、ボルトの重量やフランジの重なり分の重量によって重たくなる他、タップ加工や孔あけ加工が必要になるため加工コストが高くなってしまっていた。【０００３】
そこで、下記特許文献１及び２には、その他の接合方法が開示されている。特許文献１には、デファレンシャルギヤを構成するギヤケースとリングギヤとを重ね合わせ、その接合面にロウ材を配置させて行う接合方法が記載されている。具体的には、ギヤケースに対しリングギヤを加圧しつつ、それぞれに接触させた電極間に電流を流し、接合面の接触抵抗で発生する熱によりロウ材を溶融拡散させる接合方法である。また、特許文献２は、リングギヤの内周側にフランジ部材の外周端部を突合せて行うレーザ溶接が記載されている。具体的には、フランジ部材にリングギヤを嵌め合わせ、突合せ合わせ状態の円周面を接合部とし、リングギヤの軸方向両側からレーザ光を照射して溶接する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１０９０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１の接合方法の場合には次のような問題があった。先ず、ロウ材による接合では十分な接合強度が得られない場合がある。また、リングギヤの接合部は環状になっているが、その全周にわたって電極を均一に配置することができない。そのため、全体を均一に加熱したロウ付けができず、溶接歪が生じて歯面精度を低下させてしまう。更に、接合時にリングギヤが加熱されてしまい、焼きもどしによる軟化が生じ、歯面の硬度低下を引き起こしてしまう。一方、前記特許文献２に記載されたレーザ溶接方法は、高速で溶接することが可能であり入熱量も少ないことから、特許文献１の方法に比べて有効な接合方法である。しかし、レーザ溶接は、熱の影響は少ないものの、それでも溶接歪は生じてしまうので、より歯面精度など製品精度を向上させることが課題であった。【０００６】
そこで、本発明は、製品精度を向上させる両側溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様における両側溶接方法は、第１部材と第２部材とが突き合わされた接合部について、その接合部を挟んだ一方側から行う第１溶接と他方側から行う第２溶接とによって接合するものであり、前記第１溶接の後に行う前記第２溶接は、目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことを特徴とする。【０００８】
上記両側溶接方法の第１溶接及び第２溶接は、共に目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことが好ましい。【０００９】
上記両側溶接方法の熱量調整は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接による溶接歪の結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪みが生じるように前記接合部への入熱量を調整することが好ましい。【００１０】
上記両側溶接方法の熱量調整は、前記溶接歪が前記第２部材に対するものである場合に、前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の溶接を行う際、溶接前に前記第２部材の状態を測定し、その測定結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整することが好ましい。【００１１】
上記両側溶接方法の熱量調整は、前記溶接歪が前記第２部材に対するものであり、前記第１溶接及び第２溶接が本溶接を行う前に仮付けを行う場合に、前記仮付け後に行う前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の本溶接を行う際、溶接前に前記第２部材の状態を測定し、その測定結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整することが好ましい。【００１２】
上記両側溶接方法は、前記第１部材が円形の張出部を備えた部材であり、前記第２部材が前記張出部に嵌め合わせる環状の部材であり、嵌め合わせた前記第１部材及び第２部材の径方向に突き合わされた円周面同士の前記接合部に対して行うものであることが好ましい。【００１３】
上記両側溶接方法の前記熱量調整での状態測定は、前記第２部材の軸方向端面について溶接前の状態を全周にわたって行うことが好ましい。【００１４】
上記両側溶接方法の第１溶接及び第２溶接はレーザ溶接であることが好ましい。【００１５】
本発明の他の態様における両側溶接方法は、円形の張出部を備えた第１部材の当該張出部に対して環状の第２部材を嵌め合わせ、前記第１部材及び第２部材の円周面同士が径方向に突き合わされた接合部について、その接合部を挟んだ一方側から行う第１溶接と他方側から行う第２溶接とによって接合するものであり、前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う際、溶接歪によって生じる周方向の溶接変位によって前記第２部材の軸方向端面に存在する周方向のうねりを打ち消すため、周方向の溶接開始位置を決定することを特徴とする。【００１６】
上記両側溶接方法は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方の後に、前記第２試験用部材の軸方向端面の状態を測定し、その測定結果を基に前記第２試験用部材の軸方向端面に溶接歪によって生じた前記溶接変位を求めておき、前記第１部材及び第２部材について前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う前に前記第２部材の軸方向端面の状態を測定し、溶接前の前記軸方向端面に存在する前記うねりを求め、前記第１溶接及び第２溶接の一方又は双方を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することが好ましい。【００１７】
上記両側溶接方法は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び前記第２溶接の双方の後に、前記第２試験用部材の軸方向端面に生じた溶接後の状態を測定した測定結果から前記溶接変位を求めておき、前記第１部材及び第２部材について前記第１溶接及び前記第２溶接の双方の溶接を行う前に前記第２部材について前記うねりを求め、前記双方の溶接を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することが好ましい。【００１８】
上記両側溶接方法は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接後に行う前記第２溶接により、前記第２試験用部材の軸方向端面に生じた溶接後の状態を測定した測定結果から前記溶接変位を求めておき、前記第１部材及び第２部材について行った前記第１溶接後の前記第２部材について前記うねりを求め、前記第２溶接を行う際、前記溶接変位によって前記うねりを打ち消すための周方向の溶接開始位置を決定することが好ましい。【００１９】
上記両側溶接方法は、前記第１溶接の後に行う前記第２溶接で、目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことが好ましい。【００２０】
上記両側溶接方法は、前記第１溶接及び第２溶接で、共に目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行うことが好ましい。【００２１】
上記両側溶接方法の熱量調整は、前記第１部材及び第２部材と同じ部材である第１試験用部材と第２試験用部材を用意し、前記第１及び第２試験用部材に対して行った前記第１溶接及び第２溶接による溶接歪の結果を基に目標とする歪量を定め、その歪量の溶接歪みが生じるように前記接合部への入熱量を調整することが好ましい。【００２２】
上記両側溶接方法の第１溶接及び第２溶接はレーザ溶接であることが好ましい。【００２３】
上記両側溶接方法は、前記第１及び第２溶接の溶接方向に見た前記接合部の中間部分に空間を構成する継手形状の前記第１部材と第２部材を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、第１溶接と第２溶接とによって生じる溶接歪を把握し、それによって目標とする歪量の溶接歪が生じるように前記接合部への入熱量を調整する熱量調整を行ったり、或いは周方向に生じる溶接変位によってうねりを打ち消すため周方向の溶接開始位置を決定するようにした。溶接歪を積極的に利用することで、例えばリングギヤの端面を基準位置に近づけることができなど、製品精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶接後のリングギヤおよびギヤケースを示した平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面であってリングギヤとギヤケースとの接合部を示した拡大図である。
【図３】第１溶接によって生じる溶接歪の様子を概念的に示した図である。
【図４】第２溶接によって生じる溶接歪の様子を概念的に示した図である。
【図５】第１溶接と第２溶接における端面の位置を示した図である。
【図６】リングギヤとギヤケースに対して行う両側溶接の第１溶接工程を示した図である。
【図７】リングギヤとギヤケースに対して行う両側溶接の第２溶接工程を示した図である。
【図８】レーザ溶接装置を概念的に示した図である。
【図９】リングギヤの端面の全周にわたって上下方向の位置をグラフで示した図である。
【図１０】リングギヤの端面の周方向の変化を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  リングギヤ
２  ギヤケース
５  接合部
２３  空間部
１１，１１２  端面
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明に係る両側溶接方法の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、デファレンシャルギヤを構成するギヤケースとリングギヤが溶接部材であって、レーザ溶接によって両者を接合する例について説明する。図１は、溶接後のリングギヤ１およびギヤケース２を示した平面図である。なお、ギヤケース２はリングギヤ１が接合された一部分のみを示している。また、図２は、図１のＩ−Ｉ断面であってリングギヤ１とギヤケース２との接合部を示した拡大図である。
【００２８】
ギヤケース２には、全周に張り出した円形のフランジ部２１が形成され、リングギヤ１には、フランジ部２１に嵌合する嵌合部１１が形成されている。リングギヤ１は、その嵌合部１１内にフランジ部２１を圧入するようにして嵌め合わされる。圧入後のリングギヤ１とギヤケース２は、嵌合部１１とフランジ部２１との円周面が径方向に突き合わされた部分が接合部５となる。従って、接合部５は突合せの継手形状をしている。そして、円周面同士が突き合わされた接合部５は、その全周にわたってレーザ溶接が行われる。
【００２９】
レーザ溶接は、図２に一点鎖線で示す回転軸６に沿った方向が溶接方向であり、両側溶接では、接合部５に対してリングギヤ１の厚さ方向の両側からレーザ光が照射される。以下、リングギヤ１の軸方向を上下方向として説明する。リングギヤ１とギヤケース２の接合部５は上下方向から見て環状になっている。その接合部５に対してレーザ光が連続的に照射される。そのため、レーザ溶接後の接合部５には図１に示すように円形の溶接ビード１３が形成される。接合部５には図２に示すように反対側からもレーザ溶接が行われ、円形の溶接ビード１４が形成される。
【００３０】
ところで本実施形態では、接合部５に対してレーザ光を片側からのみ照射するのではなく、前述したように上下両側からレーザ光を照射して溶接する両側溶接方法である。これは、片側だけからレーザ光を照射して溶接したのでは、照射側と反照射側とで入熱量が異なり、接合部５に大きな溶接歪を生じさせてしまうからである。そして、溶接歪はリングギヤ１の歯面精度を著しく低下させてしまうからである。そこで、両側溶接を採用することにより、接合部５に対して上下両側からレーザ光を照射し、入熱量に偏りが生じないようにする。
【００３１】
リングギヤ１とギヤケース２との接合部５は、図２に示すような継手形状をしている。嵌合部１１の内周面１２は上下方向に真っ直ぐな面であるが、フランジ部２１の外周面２２には上下方向の中間部に環状溝２２１が形成されている。そのため、接合部５は、環状溝２２１による空間部２３を挟んで、内周面１２と外周面２２とが突き当てられた溶接部分が上下に分割して形成されている。本実施形態のレーザ溶接では、上下両側から照射されたレーザ光が空間部２３にまで達する貫通溶接が行われる。空間部２３は、入熱量にかかわらず、接合部５がそれ以上深く溶け込まないようにするための構成である。従って、両側接合した場合に、接合部５を上下から所定の深さだけ溶融させてバランスをとり、溶接の強度や品質を向上させることができる。
【００３２】
しかし、このような継手形状を採用した両側溶接であっても溶接歪は生じてしまい、歯面精度を低下させてしまっていた。そのため本願発明者は、両側溶接によって生じる溶接歪を積極的に利用することにより製品精度を向上させることを考えた。そこで先ず、レーザ溶接によって引き起こる溶接歪について測定を行った。図３及び図４は、レーザ溶接によって生じる溶接歪の様子を概念的に示した図である。溶接歪の測定は、リングギヤ１の状態について測定を行ったが、具体的には、リングギヤ１の端面１１１，１１２について上下方向の変位を測定した。各図面の中で０（ゼロ）の示す位置が端面１１１，１１２の基準となる位置（基準位置）であり、この基準位置から上下方向にどれだけずれているかを測定した。測定には、例えばレーザ光を用いた測定装置などが使用される。
【００３３】
両側溶接では、先ず図３に示すように、端面１１１側からレーザ光８を照射させる第１溶接が行われる。レーザ光８が照射された接合部５は、端面１１１側が溶融して上下方向の片側が接合される。この溶接により、リングギヤ１は溶接ビード１３が形成された側に変形し、端面１１１が一点鎖線で示す基準位置から実線で示す位置へと変位する溶接歪が生じた。これを第１溶接歪とする。次に、リングギヤ１とギヤケース２の上下を反転させ、図４に示すように端面１１２側からレーザ光８を照射させる第２溶接が行われる。この第２溶接によって、接合部５の端面１１２側が接合される。第２溶接でもリングギヤ１は溶接ビード１４が形成された側に変形し、端面１１１が一点鎖線で示す第１溶接歪の位置から実線で示す位置へと変位する溶接歪が生じた。これを第２溶接歪とする。
【００３４】
レーザ溶接を上下両側から行う両側溶接方法を実行した場合、それぞれの溶接後に第１溶接歪と第２溶接歪とが生じた。そして、第１溶接歪と第２溶接歪は、上下逆向きに生じるものであるため、打ち消し合う関係にあることが分かった。そこで、このような溶接歪の関係を更に様々なパターンで測定した。例えば、図示した継手形状とは異なる継手形状を形成したリングギヤ１とギヤケース２について行った。ただし、その継手形状は、いずれも空間部を構成して上下の溶融部分を分割させる点では共通している。例えば、中間部分を突合せて上下２段に環状溝を形成したものや、突き合わされた円周面の両側に環状溝を形成し空間部の容積を大きくしたものなどである。
【００３５】
また、継手形状以外にも溶接条件を変更した場合についても測定した。溶接条件の変更とは、例えば仮付けの有無や、レーザ出力の大きさや溶接速度などの値を変更したような場合である。今回の測定に当たっては、継手形状や溶接条件を変えた１１の溶接パターンでリングギヤ１とギヤケース２の両側溶接を行い、溶接歪による端面１１１，１１２の歪量を測定した。その結果、各溶接パターンによって歪量に違いはあったが、どの溶接パターンであっても第１溶接歪と第２溶接歪とが逆向きに生じることが分かった。そして、更に各パターンにおいて第１溶接歪と第２溶接歪の歪量の大きさに違いのあることが分かった。
【００３６】
ここで図５は、第１溶接と第２溶接における端面１１１，１１２の位置を示した図である。１１パターンの両側溶接で得られた測定結果から、第１溶接歪と第２溶接歪との関係を見た場合、概ね図５に示す２パターンに分けることができた。図５に示したグラフの折れ線２０１，２０２は当該２パターンを示す一例である。折れ線２０１は、第１溶接歪の歪量が第２溶接歪の歪量よりも大きいタイプであり、逆に折れ線２０２は、第２溶接歪の歪量の方が第１溶接歪の歪量よりも大きいタイプである。なお、図５に示す第１溶接と第２溶接における端面１１１，１１２の位置は基準位置からの距離であって、端面１１１，１１２の全周にわたって平均した値である。
【００３７】
そこで、本願発明者は、こうした折れ線２０１，２０２に示される測定結果から、デファレンシャルギヤの歯面精度を向上させるためには、レーザ溶接の溶接歪を制御することが有効であると考えた。すなわち、リングギヤ１の端面１１１，１１２の位置を、溶接歪によって基準位置０に近づけることを考えた。そのためには、上下逆向きに生じる第１溶接歪と第２溶接歪の歪量をコントロールし、一旦歪んで変位したリングギヤ１の端面１１１，１１２を基準位置に戻るようにする。
【００３８】
両側溶接では、先に行う第１溶接によって第１溶接歪が生じたとしても、第２溶接によって逆向きに生じる第２溶接歪が上下方向の変位を打ち消すことになる。そのため、リングギヤ１は、端面１１１，１１２の上下方向の位置が基準位置０から第１溶接によってずれたとしても、第２溶接によって再び基準位置０に戻すことができる。しかし、測定した全溶接パターンの溶接歪を確認したところ、それぞれに歪量が異なることが分かった。そのため、単純に第１溶接と第２溶接とを行っただけでは、図５に示すように、第２溶接を終了した時点で基準位置０からのずれが生じてしまう。
【００３９】
これまで、両側溶接を行う場合は、接合強度を確保するため溶接ビード１３，１４の溶接深さを一定の値に設定する制御が行われていた。そこでは歯面精度の向上について第１溶接歪と第２溶接歪の歪量の影響を考慮に入れた制御は行われていなかった。従って、ここでは先ず、接合部５に対する入熱量を制御することにより溶接歪の歪量を調整し、歯面精度を向上させる両側溶接方法を提案する。その際、接合強度を確保するため一定の溶接深さがが得られる入熱量を確保し、その上で入熱量を調整することにより目標として定めた溶接歪の歪量が得られるようにする。
【００４０】
（第１実施形態）
図６及び図７は、リングギヤ１とギヤケース２に対して行う両側溶接の各工程を示した図であり、図６は第１溶接工程を示し、図７は第２溶接工程を示している。先ず、固定されたギヤケース２に対し、図６（ａ）に矢印で示すようにリングギヤ１が下から嵌め合わされる。すなわち、リングギヤ１の嵌合部１１内にフランジ部２１を圧入するように嵌め合わせられる。その後、図６（ｂ）に示す仮付けが行われる。仮付けは、レーザ光８が接合部５の全周にわたって照射される。その際、図８に示すレーザ溶接装置３０では、溶接深さが１ｍｍになるようにレーザ出力や溶接速度などが制御される。次に、図６（ｃ）に示す本溶接が行われる。本溶接では、仮付け部分に重ねてレーザ光８が接合部５の全周にわたって照射され、同時に不図示の溶接ワイヤが溶かし込まれる。本溶接では溶接深さが３ｍｍになるようにレーザ溶接装置のレーザ出力や溶接速度などが制御される。
【００４１】
リングギヤ１の端面１１１側について第１溶接が行われた後、図７（ａ）に示すようにリングギヤ１とギヤケース２とは上下の向きが反転される。そのため、上方にあるレーザ溶接装置３０側にリングギヤ１の端面１１２側が配置される。その後、図７（ｂ）に示す仮付けが行われる。この仮付けもレーザ光８が接合部５の全周にわたって照射され、溶接深さ１ｍｍの溶接が行われる。そして、図７（ｃ）に示す本溶接が行われる。本溶接では、仮付け部分に重ねてレーザ光８が接合部５の全周にわたって照射され、同時に不図示の溶接ワイヤが溶かし込まれる。この時も溶接深さが３ｍｍになるようにレーザ溶接装置のレーザ出力や溶接速度などが制御される。そのため、端面１１２側にも溶接深さが３ｍｍの第２溶接が行われる。なお、接合部５の溶接深さは、空間部２３の構成からも３ｍｍになる。
【００４２】
本実施形態では、こうした両側溶接が図８に示すようなレーザ溶接装置によって行われる。なお、以下に示す各実施形態も同じである。図８は、レーザ溶接装置を概念的に示した図である。レーザ溶接装置３０は、接合部５にレーザ光を照射するレーザヘッド３１を有し、レーザヘッド３１にはレーザ発振器３２からレーザ光が送られ、操作機構３３によってレーザ光の照射位置の移動や照射角度の変更が可能な構成となっている。レーザ発振器３２や操作機構３３には、それぞれを駆動制御するコントローラ３５が接続されている。コントローラ３５は、接合部５を対象として前述した溶接を行うための情報を記憶する記憶部や、目標の歪量となる入熱量やそのための制御値を算出する演算部などを備えている。
【００４３】
コントローラ３５には、測定装置４０が接続されている。測定装置４０は、レーザ光によってリングギヤ１の端面１１１，１１２の位置を測定するものであり、その測定データはコントローラ３５に送られる。本実施形態では、測定装置４０の測定結果に基づいてレーザ出力や溶接速度などの設定条件を変更して入熱量を調整することを特徴とする。コントローラ３５には、測定装置４０から送信される測定データや直接入力される情報を基に設定条件を変更し、そのレーザ発振器３２や操作機構３３を制御するための制御プログラムが格納されている。
【００４４】
本実施形態では先ず、デファレンシャルギヤを量産するに当たって、溶接歪の傾向が確認される。つまり、試験用の同じリングギヤ１とギヤケース２を使用し、これらを所定の条件で両側溶接が行われ、入熱量に対して溶接歪の歪量が測定される。そこで、所定の設定条件（初期設定）でレーザ溶接装置３０を駆動させ、測定装置４０によってリングギヤ１とギヤケース２とを溶接した場合の歪量が測定される。図６（ｃ）や図７（ｃ）に示す第１溶接と第２溶接の後では、図３及び図４に示すように溶接歪によってリングギヤ１の端面１１１，１１２が変位する。その変位量の測定が測定装置４０により全周にわたって行われる。また、測定は図６（ａ）に示す圧入直後の端面１１１についても同様に行われる。
【００４５】
この測定結果によって実際にデファレンシャルギヤを製造するための制御設定が行われる。例えば、図５に示す折れ線２０１のタイプであれば、第２溶接歪の歪量が大きくなるように制御設定が変えられる。そのため、第２溶接時の入熱量を増やして第２溶接歪の歪量が第１溶接歪の歪量と等しくなるように制御設定が変えられる。一方、図５に示す折れ線２０２のタイプであれば、逆に第１溶接歪の歪量を大きくする必要がある。そこで、第１溶接時の入熱量を増やして第１溶接歪の歪量が第２溶接歪の歪量と等しくなるように制御設定が変えられる。こうして、等しい歪量の第１溶接歪と第２溶接歪とが打ち消し合い、端面１１１，１１２の位置を基準位置に合わせることができるからである。
【００４６】
測定装置４０からの測定データはコントローラ３５で記憶され、その測定結果に基づき第１溶接時または第２溶接時の入熱量が大きくなるようにする。具体的には、コントローラ３５において、目標の歪量となる入熱量に応じたレーザ出力値や溶接速度の設定変更が行われる。こうした入熱量の変更により、第１溶接と第２溶接との歪量とが等しくなる。そこで、デファレンシャルギヤの製造では、所定入熱量の制御設定が行われたコントローラ３５によって、前述した図６及び図７に示すリングギヤ１とギヤケース２との両側溶接が実行される。そして、第１溶接と第２溶接の歪量が等しいため、一旦第１溶接歪によって変位したリングギヤ１の端面１１１，１１２は、第２溶接歪によって基準位置０にまで戻され、歯面精度の良いデファレンシャルギヤが製造される。
【００４７】
ところで、リングギヤ１とギヤケース２との両側溶接では、接合強度を確保するため両側の溶接深さがそれぞれ３ｍｍに設定されている。従って、３ｍｍの溶接深さが得られるのであれば、前述した場合とは逆に、入熱量を減らすように制御設定を変更するようにしてもよい。そこで、リングギヤ１とギヤケース２の溶接歪が折れ線２０１のタイプであれば、第１溶接歪の歪量を小さくして第２溶接歪の歪量と等しくなるようにし、逆に折れ線２０２のタイプであれば、第２溶接歪の歪量を小さくして第１溶接歪の歪量と等しくなるようにする。そのためコントローラ３５では、目標の歪量となる入熱量でレーザ溶接ができるように制御設定が変更される。この場合も、第１溶接と第２溶接の歪量が等しいため、溶接後の端面１１１，１１２は基準位置０に戻され、歯面精度の良いデファレンシャルギヤが製造される。
【００４８】
以上の説明では、測定結果に基づいて第１溶接と第２溶接との片側で入熱量を調整する場合について示した。しかし、入熱量の増減は、第１溶接と第２溶接との両側を考慮して調整するようにしてもよい。例えば、図６（ａ）に示す圧入直後の状態で、既に端面１１１，１１２の上下方向の位置が基準位置０からずれている場合がある。そのような場合には、第１溶接と第２溶接の両方で入熱量を調整する。そこで、第１溶接と第２溶接にたいして各々歪量が定められ、目標の歪量になる入熱量でレーザ溶接ができるように制御設定が変更される。また、入熱量の制御設定は、図５に示すように歪量の平均値に基づき第１溶接や第２溶接で一定にする他、環状の接合部５を周方向に細分化して入熱量を変更するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態では、第１溶接歪や第２溶接歪ついて目標とする歪量を定め、入熱量をコントロールしてレーザ溶接を行うようにした。そのため、等しい歪量の第１及び第２溶接歪とが互いに打ち消し合い、両側溶接全体での溶接歪を低減させることができる。具体的には、リングギヤ１の端面１１１，１１２位を図３及び図４に示す基準位置により近づけることができる。これにより、本実施形態の両側溶接方法を実行することで、デファレンシャルギヤについて歯面精度を向上させることが可能になる。
【００５０】
（第２実施形態）
前記第１実施形態では、予め端面１１１，１１２の位置変位を測定した測定結果を基にレーザ溶接装置３０の制御設定を行うようにした。第２実施形態も、同様の測定結果を利用してレーザ溶接装置３０を制御する点で第１実施形態と共通する。しかし、第２実施形態では、予め得られた測定結果ではなく、溶接時に得られるリングギヤ１の測定データに基づいてレーザ溶接装置３０を制御する、いわゆるフィードフォワード制御を実行する点に特徴を有する。なお、本実施形態でも測定にはレーザ光を用いた測定装置４０が使用される。
【００５１】
本実施形態の両側溶接方法は、前記第１実施形態と同様に、図６及び図７に示す第１溶接と第２溶接が行われる。そして、デファレンシャルギヤの製造時において、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す第１及び第２溶接工程で、測定装置４０による端面１１１，１１２の変位測定が同時に行われる。従って、測定装置４０からの測定データは、レーザ溶接時に常にコントローラ３５へと送信される。コントローラ３５では、その測定結果に基づいて目標とする歪量が算出され、更に測定箇所の後方で行うレーザ溶接での入熱量が算出される。そのため、レーザ溶接装置３０では、入熱量に応じてレーザ発振器３２や操作機構３３が駆動制御され、レーザ出力や溶接速度が適宜調整される。
【００５２】
測定装置４０の測定結果からは、図９に示すように、溶接前の端面１１１，１１２が上下方向にどの程度変位しているかが検出される。ここで、図９は、端面１１１，１１２の全周にわたって上下方向の位置を示したグラフであり、例えば０°が溶接の開始位置である。図中の折れ線３００は、第１溶接前すなわち圧入後に測定した端面１１１の位置であり、折れ線３０１は、第２溶接前すなわち第１溶接歪によって変位した端面１１２の位置である。０の値が基準位置を示している。従って、コントローラ３５では、折れ線３００や折れ線３０１から目標とする歪量を定め、その溶接歪が生じるように入熱量が算出され、レーザ発振器３２や操作機構３３が駆動制御される。
【００５３】
本実施形態では、図７（ｃ）に示す第２溶接だけフィードフォワード制御を行う第１例と、図６（ｃ）に示す第１溶接と図７（ｃ）に示す第２溶接との両方でフィードフォワード制御を行う第２例とに分けることができる。そこで、第１例では、第１溶接歪による歪量（折れ線３０１）のみを検出し、第２溶接歪の歪量を調整する。すなわち、第２溶接では、レーザ光８が照射される溶接位置よりも先行して測定装置４０によって端面１１２の位置が測定される。そなわち、折れ線３０１に示す測定データがコントローラ３５に入力される。
【００５４】
コントローラ３５では、端面１１２の位置が基準位置０に戻る歪量を目標として入熱量が算出され、レーザ発振器３２や操作機構３３が駆動制御される。そのため、第２溶接では、レーザ光８のレーザ出力が増減したり溶接速度が変化するなどして、接合部５の溶接箇所毎に入熱量が調整される。こうした第２溶接により、リングギヤ１の端面１１１，１１２が図３及び図４に示す基準位置０に戻され、歯面精度の良いデファレンシャルギヤが製造される。この場合、第１溶接では、初期設定のまま行うか、前記第１実施形態のように予め行った測定結果を基に、入熱量を増減させる制御設定を行うようにしてもよい。
【００５５】
次に、第２例では、第１溶接と第２溶接の両工程で溶接歪を調整する。すなわち、第１溶接工程では、測定装置４０で端面１１１の位置が測定され、折れ線３００に示す測定データが溶接箇所に先行してコントローラ３５に入力される。コントローラ３５では、例えば折れ線３００の基準位置０からのずれ量に応じて初期設定の入熱量を増減し、レーザ発振器３２や操作機構３３が駆動制御される。また、第２溶接工程でも、測定装置４０で端面１１２の位置が測定され、折れ線３０１に示す測定データが溶接箇所に先行してコントローラ３５に入力される。コントローラ３５では、端面１１２の位置が基準位置０に戻る歪量を目標として入熱量が算出され、レーザ発振器３２や操作機構３３が駆動制御される。こうした第１及び第２溶接により、リングギヤ１の端面１１１，１１２が図３及び図４に示す基準位置により近づく。
【００５６】
よって、本実施形態でも、第１溶接歪と第２溶接歪とが互いに打ち消し合い、両側溶接全体での溶接歪を低減させることができる。特に、端面１１１，１１２の状態に応じて入熱量を調整するフィードフォワード制御を行い、より適切な入熱量によるレーザ溶接を行うことができる。そのため、リングギヤ１の端面１１１，１１２を図３及び図４に示す基準位置により近づけることができる。よって、本実施形態の両側溶接方法を実行することで、デファレンシャルギヤについて歯面精度を向上させることが可能になる。
【００５７】
（第３実施形態）
前記第１及び第２実施形態では、測定結果を基に目標とする歪量を定めてレーザ溶接装置３０の制御設定を行うようにした。第３実施形態でも、リングギヤ１の端面１１１，１１２の上下方向の位置を測定し、その測定結果を利用する点で前記実施形態と共通する。しかし、第３実施形態では、測定結果からリングギヤ１の周方向に見たうねりを確認し、そのうねりを溶接歪によって生じる溶接変位で打ち消す両側溶接方法を提案する。なお、第３実施形態でも、両側溶接は、前記第１実施形態と同様に図６及び図７に示す工程を経て行われる。
【００５８】
リングギヤ１の端面１１１，１１２について行った測定結果からは、溶接歪による端面１１１，１１２のうねりがみられた。すなわち、図６（ｃ）の第１溶接後と図７（ｃ）の第２溶接後で端面１１１，１１２の位置を全周にわたって測定した測定結果から、図１０の実線で示す周期的な溶接変位４０１を生じることが分かった。図１０は、端面１１１，１１２の周方向の変化を概念的に示した図である。なお、溶接歪によって端面１１１に生じたうねりを溶接変位という。
【００５９】
同じ条件で行った複数回の測定結果からは、溶接変位がいずれの場合も同じ傾向を示すことが分かった。こうした溶接変位の発生は、全周について行うレーザ溶接の開始部分と終了部分とが一部で重なることにより、他の部分と比べて入熱量が多くなってしまい引張り応力が作用することが原因と考えられる。なお、図１０の溶接変位４０１は、第１溶接歪と第２溶接歪とを合わせたものである。ただし、こうした溶接変位は第１溶接歪と第２溶接歪のそれぞれにも見られる。例えば、第１溶接歪による具体的な溶接変位は、図９に示す折れ線３０１に見られる。
【００６０】
また、端面１１１，１１２のうねりは、溶接前のリングギヤ１そのものにも存在する。これは、リングギヤ１が従来のリングギヤに比べて剛性が低いことによる。すなわち、従来のデファレンシャルギヤはボルト締結方法を採用していたため、リングギヤの内径が小さく設計されていた。これに対してレーザ溶接などで接合するリングギヤ１は、内径が大きく形成されるため剛性が低くなってしまう。そのため、リングギヤ１が焼入れによって熱処理されることで変形し、うねりとなる。そこで、図６（ａ）に示す溶接前の段階で端面１１１を測定すると、概念的には、図１０の破線のようにうねり４００が生じてしまう。具体的には、図９に示す折れ線３００にも現れている。なお、このように焼入れしたリングギヤ１にはうねりが存在するため、前述した溶接変位の測定には熱処理を行っていないものを使用した。
【００６１】
本実施形態では、こうしたうねり４００や溶接変位４０１を考慮してレーザ溶接の開始位置を決定することとした。すなわち、第１溶接や第２溶接によって生じる溶接変位４０１により、溶接前のリングギヤ１に存在するうねり４００を打ち消すことを特徴とする。そこで先ず、デファレンシャルギヤを量産するに当たって、試験用のリングギヤ１とギヤケース２を使用し、これらについて両側溶接が行われる。そして、両側溶接を行う過程で測定装置４０により端面１１１，１１２の測定が行われる。測定は、図６（ａ）の圧入直後、図６（ｃ）の第１溶接後、および図７（ｃ）の第２溶接後に行われる。
【００６２】
測定装置４０の測定データはコントローラ３５へ送られ、コントローラ３５では、その測定結果からうねり４００や溶接変位４０１が算出される。溶接前のリングギヤ１に生じるうねり４００と、溶接によって生じる溶接変位４０１は、実際には図１０に示すように必ずしも同じ波形を示すものではない。しかし概念的には、うねり４００の波形に対して溶接変位４０１の波形を位相をずらせて重ね、上下方向の変位を打ち消して端面１１１の位置を基準位置０に近づけることができる。
【００６３】
デファレンシャルギヤの製造では、図６（ａ）の圧入直後に測定装置４０による端面１１１の変位測定が行われる。その測定結果は、測定装置４０からコントローラ３５へと送信され、そこで端面１１１のうねりが算出される。コントローラ３５では、端面１１１のうねり４００に基づき、図１に示す環状の接合部５から、図１０の０°に該当する位置を求め、そこを開始位置する。そして、第１溶接及び第２溶接では、その開始位置からレーザ光の照射が行われる。
【００６４】
図１０では、第１溶接歪と第２溶接歪とが重ねられた溶接変位４０１によってうねり４００を打ち消す場合を示している。ただし、第１溶接と第２溶接について、レーザ照射の開始位置を必ずしも一致させる必要はない。例えば、溶接変位４０１を得る場合に、第１溶接と第２溶接との開始位置を一致させた場合の他、位相をずらせた場合について様々なパターンの測定を行い、各々の溶接変化４０１のパターンを取得する。コントローラ３５では、溶接変化４０１と各開始位置について複数のパターンが記憶されている。そこで、実際に両側溶接を行う場合、うねり４００を打ち消すのに最も適したパターンを選択し、第１溶接と第２溶接との開始位置をそれぞれ決定する。
【００６５】
一方、溶接変位４０１を第２溶接歪だけで求めるようにしてもよい。この場合には、第１溶接後であって第２溶接前に端面１１２のうねりが測定され、その波形からリングギヤ１のうねりを打ち消す第２溶接の開始位置が算出される。この方法によれば、第１溶接歪による溶接変位を加えた段階の状態がうねり４００として捉えられる。そして、第２溶接歪による溶接変位４０１がうねり４００に重ねられ、上下方向の変位が打ち消されて端面１１１の位置が基準位置０に近づく。
【００６６】
このように本実施形態では、溶接前に測定したうねり４００を溶接変位４０１で打ち消すように決定した位置から溶接を開始するようにした。そのため、接合されたリングギヤ１は、端面１１１，１１２のうねりが修正され、デファレンシャルギヤについて歯面精度の向上させることが可能になる。
【００６７】
（第４実施形態）
前記第３実施形態では、溶接開始位置を制御してリングギヤ１のうねりを打ち消す方法を提案した。これに対して本実施形態では、リングギヤ１のうねりを打ち消すと共に、第１及び第２実施形態で示した入熱量の調整を行い、第１溶接歪と第２溶接歪との打ち消し合いにより、両側溶接全体での溶接歪を低減させる方法を提案する。すなわち、第１実施形態と第３実施形態を組み合わせた方法と、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせた方法である。
【００６８】
本実施形態でも先ず、デファレンシャルギヤを量産するに当たって、溶接歪やうねりの傾向が確認される。つまり、試験用のリングギヤ１とギヤケース２を使用して所定の条件で両側溶接が行われ、測定装置４０によって端面１１１，１１２の測定が行われる。その測定結果から、前記第１乃至第３実施形態と同様に、入熱量に対する溶接歪の歪量の他、うねりや溶接変位が算出される。
【００６９】
本実施形態の両側溶接方法でも、図６及び図７に示すように第１溶接と第２溶接が行われる。そこで、第１実施形態で示したように、測定結果からデファレンシャルギヤの製造で行う第１溶接と第２溶接での入熱量が算出され、コントローラ３５による制御設定が行われる。そして、図６（ａ）の圧入直後に測定装置４０による端面１１１の変位測定が行われ、図１０に示すような端面１１１のうねり４００が算出される。コントローラ３５では、第３実施形態で示したように、うねり４００に基づき開始位置が算出され、その位置からレーザ光の照射が全周にわたって行われる。
【００７０】
一方、第２実施形態と同様に、デファレンシャルギヤの製造時に端面１１１，１１２の変位測定を行い、その測定結果に基づいて入熱量を変化させながらレーザ溶接を行うようにしてもよい。この場合でも、第３実施形態で示したように、うねり４００に基づき開始位置が算出され、その位置からレーザ光の照射が全周にわたって行われる。
【００７１】
本実施形態では、図１０で示すように、溶接前に測定したうねり４００を溶接変位４０１で打ち消し、端面１１１，１１２のうねりが修正され、また、第１溶接歪と第２溶接歪とが互いに打ち消し合うことにより、両側溶接全体での溶接歪を低減させることができる。そのため、接合されたリングギヤ１は、デファレンシャルギヤについて歯面精度の向上させることが可能になる。
【００７２】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。例えば、前記各実施形態では、接合する部材としてリングギヤ１とギヤケース２を例に挙げて説明したが、その他の部材であってもよい。また、前記実施形態ではレーザ溶接による両側溶接を説明したが、アーク溶接などで行う両側溶接であってもよい。また、第１及び第２実施形態の方法に関しては、接合部がリングギヤ１とギヤケース２のような環状である他、直線や波形であってもよい。また、継手形状も前記実施形態のものに限るわけではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月26日(2013.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載する両側溶接方法において、
前記第１及び第２溶接の溶接方向に見た前記接合部の中間部分に空間を構成する継手形状の前記第１部材と第２部材を使用することを特徴とする両側溶接方法。
【国際調査報告】
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2012137342.tif 000014
2012137342.tif 000015
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