(57)【要約】【課題】製造コストを低減することができる溶接方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０との突き合わせ部２４にレーザ光３０集光して照射することによって溶接ワイヤ３２を溶かしながらデフケース１０とリングギヤ１２とのレーザ溶接を行う溶接方法において、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０とに開先加工を施さないで、かつ、レーザ光３０の集光径を０．２ｍｍ以下とすること、を特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材の面と第２部材の面との突き合わせ部にレーザ光を集光して照射することによって溶加材を溶かしながら前記第１部材と前記第２部材とのレーザ溶接を行う溶接方法において、
前記第１部材の面と前記第２部材の面とに開先加工を施さないで、かつ、前記レーザ光の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすること、
を特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載する溶接方法において、
前記レーザ溶接を行うことによって形成される溶接ビードの溶け込み深さを５ｍｍ以上とすること、
を特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載する溶接方法において、
前記レーザ光の出力は１０．０ｋＷ以下であり、
前記レーザ溶接による溶接速度をＸｍ／ｍｉｎとし、前記レーザ光の出力をＹｋｗとするときに、以下の数１の関係を満たすこと、を特徴とする溶接方法。
【数１】
2011161506.tif 000005
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載する溶接方法において、
前記第１部材は鋳造材であり、前記第２部材は鋼材であること、
を特徴とする溶接方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載する溶接方法において、
前記第１部材はデファレンシャルギヤのハウジング部材であるデフケースであり、前記第２部材は前記デファレンシャルギヤのリングギヤであること、
を特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光によって溶加材を溶かしながらレーザ溶接を行う溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄を材質とするデフケースと鋼材を材質とするリングギヤとの溶接においては、溶接部の品質確保のために、溶接時において溶接ワイヤを供給する必要がある。また、溶接部において高強度を実現するため、溶接ビードの溶け込み深さは十分に確保することが必要である。
【０００３】
従来のレーザ光（集光径：約φ０．６ｍｍ）を用いたレーザ溶接では、溶接部におけるレーザ光のエネルギー密度が不十分であるため、溶接ビードの溶け込み深さが小さくなってしまった。そこで、デフケースの接合面とリングギヤの接合面とに開先加工を施し、溶接ビードの溶け込み深さを大きくしていた。
【０００４】
例えば、特許文献１では、デフケースの接合面とリングギヤの接合面とに予め開先加工を施して、デフケースの接合面とリングギヤの接合面とを突き合わせたときの突き合わせ部にＵ字、Ｙ字またはＶ形状の溝を形成されるようにしておき、溶接時にはレーザ光を照射して溶接ワイヤの溶融物を当該溝内に供給することにより、溶接ビードの必要な溶け込み深さを確保して溶接する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５１４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、デフケースの接合面とリングギヤの接合面とに予め開先加工として精密な寸法の溝を形成する必要があり、製造コストが増大してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、製造コストを低減することができる溶接方法を提供すること、を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、第１部材の面と第２部材の面との突き合わせ部にレーザ光を集光して照射することによって溶加材を溶かしながら前記第１部材と前記第２部材とのレーザ溶接を行う溶接方法において、前記第１部材の面と前記第２部材の面とに開先加工を施さないで、かつ、前記レーザ光の集光径を０．２ｍｍ以下とすること、を特徴とする。
【０００９】
この態様によれば、第１部材の面と第２部材の面とに開先加工を施さないので、加工コストが生じないことから、製造コストを低減することができる。また、レーザ光の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすることにより、必要な溶け込み深さを確保することができる。
なお、開先加工とは、第１部材の面と第２部材の面を突き合わせたときに突き合わせ部分に溝などが形成されるように、予め第１部材の面や第２部材の面を斜めに加工したり、第１部材の面や第２部材の面に段差や凹みを形成するように加工することである。
【００１０】
本発明の一態様として、前記レーザ溶接を行うことによって形成される溶接ビードの溶け込み深さを５ｍｍ以上とすること、が好ましい。
【００１１】
この態様によれば、溶接部分の強度を確保することができる。
【００１２】
本発明の一態様として、前記レーザ光の出力は１０．０ｋＷ以下であり、前記レーザ溶接による溶接速度をＸｍ／ｍｉｎとし、前記レーザ光の出力をＹｋｗとするときに、以下の数１の関係を満たすこと、が好ましい。
【数１】
2011161506.tif 000003
【００１３】
この態様によれば、必要な溶け込み深さを確保することができる。
【００１４】
本発明の一態様として、前記第１部材は鋳造材であり、前記第２部材は鋼材であること、が好ましい。
【００１５】
この態様によれば、溶加材を使用した鋳造材と鋼材とのレーザ溶接において、製造コストを低減することができる。
【００１６】
本発明の一態様として、前記第１部材はデファレンシャルギヤのハウジング部材であるデフケースであり、前記第２部材は前記デファレンシャルギヤのリングギヤであること、が好ましい。
【００１７】
この態様によれば、デフケースとリングギヤとのレーザ溶接において、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る溶接方法によれば、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】溶接前におけるデフケースとリングギヤとの突き合わせ部分周辺の断面図である。
【図２】溶接後におけるデフケースとリングギヤとの突き合わせ部分周辺の断面図である。
【図３】溶接ビードの溶け込み深さの評価結果を示す溶接部分の断面図である。
【図４】溶接ビードの溶け込み深さの評価結果を示す表である。
【図５】必要な溶接ビードの溶け込み深さを得るためのレーザ出力および溶接速度の条件について示す図である。
【図６】他の実施例におけるデフケースとリングギヤとの突き合わせ部分周辺の溶接前と溶接後の断面図である。
【図７】他の実施例におけるデフケースとリングギヤとの突き合わせ部分周辺の溶接前と溶接後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は第１部材と第２部材との溶接方法に関するものであるが、本実施例では、その一例として、自動車のデファレンシャルギヤにおけるデフケース（ハウジング部材）とリングギヤとの溶接方法に関して説明する。
【００２１】
図１は、溶接前におけるデフケース１０とリングギヤ１２との突き合わせ部分周辺の断面図である。図１（ａ）に示すように、リングギヤ１２の内周面１４とデフケース１０の圧入面１６とが接するようにリングギヤ１２をデフケース１０の圧入面１６に圧入する。そして、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０とを突き合わせる。なお、図１（ｃ）は、図１（ｂ）において一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。また、本実施例では、デフケース１０の材質は鋳鉄であり、リングギヤ１２の材質はＳＣＭ材などの鋼材である。また、リングギヤ１２の歯部２２には、ハイポイドギヤが形成されている。
【００２２】
図１に示すように、本実施例では、デフケース１０の接合面１８やリングギヤ１２の接合面２０において、デフケース１０とリングギヤ１２との配列方向に段差を形成したり、凹みを形成したり、面を斜めに加工したりするなどの開先加工が施されていない。そのため、デフケース１０の接合面１８およびリングギヤ１２の接合面２０は、平坦状に形成されている。したがって、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０との突き合わせ部２４に、溝などが設けられていない。また、図１（ｃ）に示すように、リングギヤ１２において内周面１４と接合面２０との間には面取り部２６が形成され、デフケース１０とリングギヤ１２との間に空洞部２８が設けられている。
【００２３】
このようなデフケース１０とリングギヤ１２において、図１（ｃ）に示すように、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０との突き合わせ部２４に対し、リングギヤ１２の外周側から高集光レーザ機（不図示）によりレーザ光３０を集光して照射する。このとき、同時に、突き合わせ部２４に溶加材として溶接ワイヤ３２を供給する。このように、突き合わせ部２４にレーザ光３０を集光して照射することによって溶接ワイヤ３２を溶かしながら、デフケース１０とリングギヤ１２とのレーザ溶接を行う。なお、本実施例では、高集光レーザ機として、ファイバレーザ発振機やディスクレーザ発振機などを使用する。また、レーザ光３０として、連続発振レーザ（ＣＷレーザ）を使用する。また、溶接ワイヤ３２として、ステンレスワイヤやニッケル合金ワイヤなどのニッケル含有ワイヤを使用する。
【００２４】
そして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、デフケース１０の接合面１８とリングギヤ１２の接合面２０との突き合わせ部２４において、リングギヤ１２の外周側の端部３４（図１（ｃ）参照）と空洞部２８側の端部３６（図１（ｃ）参照）との間を貫通するように、溶接ビード３８を形成する。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。また、溶接ビード３８は、突き合わせ部２４におけるデフケース１０およびリングギヤ１２と、溶接ワイヤ３２と、を溶融させて形成した溶接金属層である。このように、本実施例では、デフケース１０の接合面１８およびリングギヤ１２の接合面２０には開先加工を施していないので、製造コストを低減することができる。
【００２５】
ここで、高集光レーザ機により照射されるレーザ光３０の集光径の大きさにより、溶接ビード３８の溶け込み深さが異なるが、本実施例では、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすることを提案する。ここで、溶接ビード３８の溶け込み深さとは、溶接ビード３８の最頂点（最深部）と突き合わせ部２４における端部３４との距離と定義する。
【００２６】
集光径がφ０．５ｍｍ、φ０．２ｍｍ、φ０．０２ｍｍの３種類のレーザ光３０を用いて、溶接ビード３８の溶け込み深さを評価した。評価の方法としては、デフケース１０と同じ材質の部材の面とリングギヤ１２と同じ材質の部材の面とを突き合わせて、その突き合わせ部に溶接ワイヤを供給しながらレーザ光３０を照射し、溶接ビード３８の溶け込み深さを測定した。なお、集光径がφ０．５ｍｍ、φ０．２ｍｍのレーザ光３０（連続発振レーザ）についてはレーザ出力が４ｋＷ、溶接速度が１．２ｍ／ｍｉｎの条件で評価を行った。また、集光径がφ０．０２ｍｍのレーザ光３０（連続発振レーザ）については、レーザ出力が２ｋＷ、溶接速度が１．２ｍ／ｍｉｎの条件で評価を行った。
【００２７】
すると、図３（ａ）に示すように、レーザ光３０の集光径をφ０．５ｍｍとした場合には、溶接ビード３８は、幅方向（図３の左右方向）に広がって形成され、深さ方向（図３の下方向）にはあまり進んで形成されなかった。このとき、図４に示すように、溶け込み深さｄ０は約２．５ｍｍであった。
【００２８】
一方、図３（ｂ）に示すように、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合には、レーザ光３０の集光径をφ０．５ｍｍとした場合と比べて、溶接ビード３８は、幅方向にあまり広がって形成されずに、深さ方向に進んで形成された。このとき、図４に示すように、溶け込み深さｄ１は約５．８ｍｍであった。
【００２９】
また、図３（ｃ）に示すように、レーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとした場合には、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合に比べて、溶接ビード３８は、幅方向に広がって形成されずに、深さ方向にさらに進んで形成された。このとき、図４に示すように、溶け込み深さｄ２は約８．６ｍｍであった。
【００３０】
ここで一例として、リングギヤ１２に加わる最大トルクが６０００Ｎｍ以上の場合を想定し、必要な溶け込み深さを５ｍｍ以上とする。このとき、図３や図４の評価結果より、レーザ光３０の集光径をφ０．５ｍｍとした場合には溶け込み深さｄ０が５ｍｍ未満となり、必要な溶け込み深さを確保できない。その一方で、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍやφ０．０２ｍｍとした場合には溶け込み深さｄ１，ｄ２は５ｍｍ以上となり、必要な溶け込み深さを確保できる。
【００３１】
また、レーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとした場合では、レーザ出力が２ｋＷでその溶け込み深さｄ２は約８．６ｍｍとなり、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合よりも小さなレーザ出力で必要な溶け込み深さを得ることができた。そのため、レーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとすることにより、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合よりもさらに、製造コストを軽減することができる。
【００３２】
以上のように、本実施例では、高集光レーザ機により照射するレーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすることにより、デフケース１０の接合面１８およびリングギヤ１２の接合面２０に開先加工を施さなくても、必要な溶け込み深さを得ることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、前記（図３）と同様の評価の方法もと、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合において、レーザ出力と溶接速度について条件を変えて溶接ビードの溶け込み深さの評価を行い、図５に示すような結果が得られた。図５に示すように、溶接速度を「Ｘ」ｍ／ｍｉｎ、レーザ出力を「Ｙ」ｋＷとするときに、以下の数１の式を満たす条件において、溶け込み深さが５ｍｍ以上となり、必要な溶け込み深さを得ることができることが分かった。
【数１】
2011161506.tif 000004
【００３４】
なお、本実施例におけるデフケース１０とリングギヤ１２との溶接方法においては、溶接速度は１．２ｍ／ｍｉｎ以上で４．８ｍ／ｍｉｎ以下とし、レーザ出力は３．５ｋＷ以上で１０．０ｋＷ以下とすること、を推奨する。
【００３５】
また、図３と図４の評価結果に示すように、レーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとした場合には、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍとした場合よりも小さなレーザ出力で必要な溶け込み深さを得ることができた。そのため、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ未満、例えばレーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとすれば、さらに製造コストを低減することができる。
【００３６】
なお、図６に示すようなデフケース４０とリングギヤ４２との溶接の例においても、前記の実施例を適用することができる。なお、リングギヤ４２の歯部４４には、ヘリカルギヤが形成されている。まず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、デフケース４０の接合面４６とリングギヤ４２の内周面４８とが接するように、デフケース４０の接合面４６にリングギヤ４２の内周面４８を圧入する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、このデフケース４０の接合面４６にリングギヤ４２の内周面４８を圧入した部分である圧入部５０の端部５２側から、溶接ワイヤ３２を供給しながら高集光レーザ機によりレーザ光３０を照射する。なお、圧入部５０の端部５２に対峙する端部５４側から、高集光レーザ機によりレーザ光３０を照射してもよい。そして、図６（ｃ）に示すように、圧入部５０における端部５２と端部５４との間を貫通するように溶接ビード５６を形成する。
【００３８】
このような図６における実施例においても、高集光レーザ機により照射するレーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすることにより、デフケース４０の接合面４６およびリングギヤ４２の内周面４８に開先加工を施さなくても、必要な溶け込み深さを得ることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
また、前記の実施例と同様に、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ未満、例えばレーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとすれば、さらに製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、図７に示すようなデフケース６０とリングギヤ６２との溶接の例においても、前記の実施例を適用することができる。なお、リングギヤ６２の歯部６４には、ハイポイドギヤが形成されている。まず、図７（ａ），（ｂ）に示すように、デフケース６０の接合面６６とリングギヤ６２の接合面６８とが接するように、デフケース６０の接合面６６にリングギヤ６２の接合面６８を圧入する。本実施例では、デフケース６０の接合面６６は、不図示のドライブシャフトが挿入される挿入孔の中心軸方向（図７に示す中心線方向）に沿って設けられている。また、リングギヤ６２の接合面６８は、リングギヤ６２の中心軸方向（図７に示す中心線方向）に沿って設けられている。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、このデフケース６０の接合面６６にリングギヤ６２の接合面６８を圧入した部分である圧入部７０の端部７２側から、溶接ワイヤ３２を供給しながら高集光レーザ機によりレーザ光３０を照射する。そして、図７（ｃ）に示すように、圧入部７０における端部７２と端部７４（端部７２に対峙する端部）との間を貫通するように溶接ビード７６を形成する。
【００４１】
このような図７における実施例においても、高集光レーザ機により照射するレーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ以下とすることにより、デフケース６０の接合面６６およびリングギヤ６２の接合面６８に開先加工を施さなくても、必要な溶け込み深さを得ることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
また、前記の実施例と同様に、レーザ光３０の集光径をφ０．２ｍｍ未満、例えばレーザ光３０の集光径をφ０．０２ｍｍとすれば、さらに製造コストを低減することができる。
【００４２】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要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もちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  デフケース
１２  リングギヤ
１４  内周面
１６  圧入面
１８  接合面
２０  接合面
２４  突き合わせ部
３０  レーザ光
３２  溶接ワイヤ
３４  端部
３６  端部
３８  溶接ビード
４０  デフケース
４２  リングギヤ
４６  接合面
４８  内周面
５０  圧入部
５２  端部
５４  端部
５６  溶接ビード
【図１】
2011161506.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011161506.tif 000010
【図６】
2011161506.tif 000011
【図７】
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