(57)【要約】  ホイール・アセンブリを溶接する方法及びシステムに従った、自生溶接され密封されたホイール・アセンブリ（１００）が提供される。ホイール・アセンブリは、溶加材を使用せずに互いにレーザ溶接される少なくとも２つの構成要素から構成されており、密封されたホイール・アセンブリが形成される。
2014534076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイール構造体を溶接する方法であって、当該方法は：
第１のウェブ部分（１０７）を有する第１のホイール部品（１０３）を第２のウェブ部分（１０９）を有する第２のホイール部品（１０５）に隣接して位置決めするステップであって、第１及び第２のウェブ部分のそれぞれは互いに接触している、位置決めするステップと；
レーザ・ビーム（３０７）を第１のウェブ部分に方向付けするステップと；
レーザ・ビームを用いて第１のウェブ部分を第２のウェブ部分に自生溶接するステップであって、レーザ・ビームは、第１のウェブ部分の全体の厚さを貫通して、第２のウェブ部分の厚さの少なくとも一部に浸入する、自生溶接するステップと；を含み、
前記自生溶接によって、溶接された第１及び第２のホイール部品の中心の周りに連続して密封された溶接接合部が形成される、
方法。
【請求項２】
前記溶接溶接部は、第２のウェブ部分の厚さの５〜１００％まで浸入しており、より具体的には、前記溶接接合部は、第２のウェブ部分の厚さの２０〜７５％まで浸入する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶接接合部は、前記中心から非定数の半径距離を有するパターンで溶接されている、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第２のウェブ部分の前記溶接接合部の深さは、前記溶接接合部の長さに沿って変化し、具体的には、前記溶接接合部は、第２のウェブ部分の厚さの１００％までの第１の深さと、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の第２の深さと含む第１の部分を有しており、第２の深さは、第１の深さより小さく、より具体的には、前記溶接溶接部は、第２のウェブ部分の厚さの２０〜５０％の第１の深さと、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の第２の深さの深さとを含む第１の部分を有しており、第２の深さは、第１の深さより小さい、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第１のウェブ部分は、第１のウェブ部分から半径方向内向きに位置決めされたハブ部分と、第１のウェブ部分から半径方向外向きに位置決めされた傾斜部分との間のウェブ長さを有しており、前記溶接接合部は、第１のウェブ部分上であって、前記傾斜部分から内向きに前記ウェブ長さの１０〜８０％の位置に位置決めされている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶接接合部は、第１及び第２のウェブ部分が互いに接触する地点に第２のウェブ部分の厚さの１０〜１００％の範囲の幅を有している、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第１及び第２のウェブ部分が互いに接触する地点での前記溶接接合部の幅は、第１の幅と第２の幅との間であり、第１の幅は、第２のウェブ部分の厚さの１０〜１００％の範囲内であり、第２の幅は、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の範囲内であり、第２の幅は、第１の幅より小さい、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１及び第２のウェブ部分の少なくとも一方は、第１又は第２のウェブ部分の全体の厚さを貫通するキャビティを有しており、前記溶接接合部は、前記キャビティから半径方向外向きに位置決めされる、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
溶接ホイール構造体であって、当該溶接ホイール構造体は：
第１のウェブ部分（１０７）を有する第１のホイール部品（１０３）と；
第２のウェブ部分（１０９）を有する第２のホイール部品（１０５）であって、第１及び第２のウェブ部分のそれぞれは互いに接触している、第２のホイール部品（１０５）と；
第１のウェブ部分を第２のウェブ部分に溶接する連続して密封された溶接接合部（１１５）であって、前記溶接接合部が、第１のウェブ部分（１０３）の全体の厚さと第２のウェブ部分（１０５）の厚さの少なくとも一部を通過する、溶接接合部（１１５）と；を有しており、
前記溶接接合部（１１５）は、溶接された第１及び第２のホイール部品の中心の周りに半径方向に位置決めされており、
前記溶接接合部は、自生溶接接合部である、
溶接ホイール構造体。
【請求項１０】
前記溶接接合部は、第２のウェブ部分の厚さの５〜１００％まで浸入しており、より具体的には、前記溶接溶接部は、第２のウェブ部分の厚さの２０〜７５％まで浸入する、
請求項９に記載の溶接ホイール構造体。
【請求項１１】
前記溶接接合部は、前記中心から非定数の半径距離を有するパターンで溶接されている、
請求項９又は１０に記載の溶接ホイール構造体。
【請求項１２】
第２のウェブ部分の前記溶接接合部の深さは、前記溶接接合部の長さに沿って変化する、
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の溶接ホイール構造体。
【請求項１３】
前記溶接接合部は、第２のウェブ部分の厚さの１００％までの第１の深さと、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の第２の深さとを含む第１の部分を有しており、第２の深さは、第１の深さよりも小さく、より具体的には、前記溶接接合部は、第２のウェブ部分の厚さの２０〜５０％の第１の深さと、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の第２の深さとを含む第１の部分を有しており、第２の深さは、第１の深さよりも小さい、
請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の溶接ホイール構造体。
【請求項１４】
第１のウェブ部分は、第１のウェブ部分から半径方向内向きに位置決めされたハブ部分と、第１のウェブ部分から半径方向外向きに位置決めされた傾斜部分との間のウェブ長さを有しており、前記溶接接合部は、第１のウェブ部分であって、前記傾斜部分から内向きに前記ウェブ長さの１０〜８０％の位置に位置決めされている、
請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の溶接ホイール構造体。
【請求項１５】
前記溶接接合部は、第１及び第２のウェブ部分が互いに接触する地点に第２のウェブ部分の厚さの１０〜１００％の範囲の幅を有している、
請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の溶接ホイール構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接の技術分野に関し、より具体的には、溶加材を使用しない溶接ホイールの製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接の分野が成長するにつれ、多くの様々な構造体及び用途での応用が見出されてきた。アーク溶接は、使用されるプロセスに依存して、金属部品同士の間に強い結合を提供することができるが、気孔を含む溶接接合部が生じることも知られている。いくつかの溶接用途においてこの気孔の量は許容可能であるが、気孔が問題となるような他の用途が存在する。例えば、溶接ホイール構造体が加圧されるタイヤに使用される場合に、気孔の存在によって、圧力を維持できないようなホイール溶接構造体がもたらされる。ホイールからの圧力損失を阻止するために、溶接されたホイール構造体が圧力を維持する能力を有することを保証するように、このホイール構造体に肉盛り溶接(over-weld)を行うのが一般的であった。しかしながら、この過剰な溶接によって、ホイールを溶接するのに必要な時間を増大させて溶接ホイール構造体の全体的なコストを増加させ、溶接プロセスにおいて使用される溶加材の量を増加させる必要性によって、ホイールの材料コストを増加させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、ホイール構造体を溶接する効率及び品質を改善するような溶接プロセスを提供することが所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この問題を解決するために、請求項に１記載の溶接法及び請求項９に記載の溶接ホイール構造体が提案される。従って、本発明の例示的な実施形態は、ホイール構造体及びこのホイール構造体の溶接方法である。この方法は、第１のウェブ部分を有する第１のホイール部品を第２のウェブ部分を有する第２のホイール部品に隣接して位置決めするステップを含み、第１及び第２のウェブ部分のそれぞれは互いに接触している。この方法は、レーザ・ビームを第１のウェブ部分に方向付けするステップと、レーザ・ビームを用いて第１のウェブ部分を第２のウェブ部分に自生溶接するステップを含み、レーザ・ビームは、第１のウェブ部分の全体の厚さを貫通して、第２のウェブ部分の厚さの少なくとも一部に浸入する。自生溶接によって、溶接された第１及び第２のホイール部品の中心の周りに密封された溶接接合部が形成される。さらなる実施形態又は好ましい解決策は、従属請求項から得ることができる。さらに好ましい溶接ホイール構造体は、第１及び第２のウェブ部分が互いに接触する地点での溶接接合部の幅が、第１の幅と第２の幅との間であり、第１の幅は、第２のウェブ部分の厚さの１０〜１００％の範囲内であり、第２の幅は、第２のウェブ部分の厚さの５〜５０％の範囲内であり、第２の幅は第１の幅より小さい、及び／又は、第１及び第２のウェブ部分の少なくとも一方は、第１又は第２のウェブ部分の全体の厚さを貫通するキャビティを有しており、溶接接合部は、このキャビティから半径方向外向きに位置決めされる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の例示的な実施形態に従う溶接ホイールの概略図である。
【図２】図１の例示的なホイールの別の視点から視た概略図である。
【図３】本発明の溶接システムの例示的な実施形態の概略図である。
【図４】図１の例示的なホイールの別の視点から視た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の上述した態様及び／又は他の態様は、添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することにより明らかになるであろう。
【０００７】
ここで図面を参照すると、これらの図は、本発明の例示的な実施形態を説明する目的のためだけに示されており、図１〜４に詳細に示される本発明を実施するのに使用される装置及びシステムを限定する目的のために示されていない。
【０００８】
図１及び図２には、本発明の例示的な実施形態に従ったホイール・アセンブリ１００が示されている。ホイール・アセンブリ１００は、ハブ１０１と、互いに溶接される２つのホイール部品１０３及び１０５とを含む。ハブ１０１は、用途に応じて完成したホイール・アセンブリ１００の一部であってもよく、又は一部でなくてもよい。図１に示されるように、ホイール・アセンブリ１００には、タイヤ１１７を取り付けてもよい。タイヤ１１７及びホイール部品１０３／１０５は、加圧下で空気又はガスで充填される空間又はキャビティ１１９を形成しており、ホイール部品１０３及び１０５は、使用するために気密性を有しており且つ安全なアセンブリを形成することができるようにすることが所望されている。図１〜４に示されるホイール部品１０３及び１０５の形状及び構造は、例示であることが意図されており、本発明の他の実施形態は、別の用途が必要になったときに異なる形状を有するホイール部品を利用することができる。
【０００９】
図面に示されるように、ホイール部品１０３及び１０５のそれぞれは、ハブ１０１に接触するハブ部分１０８／１１０、又はホイール・アセンブリ１００の中心線に隣接する他の部分を含む。ハブ部分１０８／１１０は、示されるように、ハブ１０１の長さに沿って又はホイール中心線に沿って延びるようなフランジ延長部を有する、又は必要に応じて他の形状を有することができる。アセンブリ１００の半径方向の中心線に対して垂直な方向に向き合わせされるウェブ部分１０７／１０９が、ハブ部分１０８／１１０から半径方向外向きに延びている。示される実施例では、ウェブ部分１０７／１０９は、同じ長さであるが、他の実施形態では、同じ長さでないことがある。また、示される実施形態では、ウェブ部分は、中実体として示されている。しかしながら、他の実施形態では、穴がウェブ部分１０７／１０９に形成されており、ホイール・アセンブリ１００の重量を軽減することが企図されている。穴は、任意の形状を有することができるが、応力が集中する場所を生じないようにするために、通常は円形、楕円形又は楕円として形成されている。穴のサイズと数は、ウェブ１０７／１０９の構造的な完全性が予想される負荷に十分耐えることを保証するように決定すべきである。以下でより詳細に説明するように、穴は、溶接ビード１１５から半径方向内向きにも位置決めされる。
【００１０】
傾斜部分１１１／１１３が、ウェブ部分１０７／１０９の縁部から半径方向外向きに延びている。傾斜部分１１１／１１３は、それぞれ互いに分岐しており、圧力空間１１９の少なくとも一部を規定する。図１に示されるように、傾斜部分は、アセンブリの断面中心線１００から０°〜９０°の間で傾斜している。選択される角度は、ホイール・アセンブリ１００の設計及び用途に基づいて選択される。いくつかの例示的な実施形態では、この角度は、断面中心線から９０°とすることができる。フランジ部分１１２／１１４が、傾斜部分１１１／１１３の縁部から半径方向外向きに延びている。フランジ部分１１２／１１４は、タイヤ１１７又は必要に応じて他の同様の構成要素を保持するために利用することができる。示される実施形態では、フランジ部分１１２／１１４は、アセンブリ１００の断面中心線に対して平行に向き合わせされている。しかしながら、他の実施形態では、必要とされる用途及び設計に基づいて他の角度が利用される場合には、この向き合わせは必須ではない。いくつかの例示的な実施形態では、傾斜部分１１１／１１３が、任意の構造又はタイヤ１１７を保持するために傾斜部分それ自体を利用することができる場合に、フランジ部分１１２／１１４は不要となる。
【００１１】
示される実施形態では、ホイール部品１０３／１０５は、ハブ、ウェブ、傾斜及びフランジ部分が、単一の材料片（通常は金属）ですべて作製されるような一体化部品として示されている。この一体化部品は、平坦な材料を所望の形状にプレス加工することを含む多くの方法で成形することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態は、ホイール部品１０３／１０５が溶接された構成要素から構成することができる場合に、一体化されたホイール部品１０３／１０５の使用に制限されるものではない。
【００１２】
２つのホイール部品１０３／１０５は、それぞれのウェブ部分１０７／１０９を溶接することによって互いに固定され、アセンブリ１００が組み立てられたときに互いに接触する。このように、ウェブ部分１０７／１０９のそれぞれは、互いに平行な面１１６／１１８を有しており、ホイール部品１０３／１０５が組み立てのために互いに隣接して位置決めされる場合に、面１１６／１１８は、互いに面一となる。面１１６／１１８は、ウェブ部分１０７／１０８の全長に亘って互いに面一にすることは必須ではない。しかしながら、面１１６／１１８は、少なくとも溶接接合部１１５において互いに面一としなければならない。
【００１３】
示される例示的な実施形態では、溶接接合部１１５は、アセンブリ１００の周りに円形パターンを形成するような連続した溶接接合部１１５である。溶接接合部１１５は、ホイール部品１０３／１０５の一方を貫通して、ホイール部品１０３／１０５の他方内に溶接することにより形成される。図１に示される実施形態では、溶接接合部は、ホイール部品１０３を貫通してホイール部品１０５内に溶接されている。しかしながら、示されるように、溶接接合部１１５は、第２のホイール部品（図１のホイール部品１０５）の厚さに完全に浸入していない。いくつかの実施形態では、以下でさらに説明するように、接合部１１５は、溶接部において両方のホイール部品１０３／１０５の厚さに完全に浸入することができる。
【００１４】
従来の溶接ホイール・アセンブリとは異なり、この溶接接合部１１５は、アーク溶接の使用を介して行われておらす、或いは溶加材を使用して形成されていない。むしろ、溶接接合部１１５は、溶加材を全く使用しないようなレーザ溶接システムを用いて行われる。これは、一般的に自生溶接と呼ばれている。溶加材は、典型的には、溶接中にギャップを埋めるために、及び／又は追加の材料を接合部に提供して隅肉等を形成するために使用される。しかしながら、面１１６／１１８が、溶接接合部１１５で互いに面一になっているので、埋めるためのギャップが全く存在しておらず、従って、溶接接合部１１５は、ウェブ部分１０７／１０９の全体の材料から形成されており、溶加材が全く必要とされない。
【００１５】
さらに、溶接接合部１１５が、第１のホイール部品１０３の全体の厚さを貫通して、第２のホイール部品１０５の少なくとも一部内に浸入するように形成されるので、接合部１１５は、ホイール・アセンブリ１００の全体の周囲に連続的なシールを形成する。このシールによって、圧力ゾーン１１９内の任意の圧力（空気圧等）は、ホイール部品１０３／１０５の間を通過することができず、ハブ１０１において漏出する。これは、アーク溶接されたホイールを使用する場合に問題となる。こうして、この溶接接合部１１５は、気密性溶接接合部を形成する。従って、本発明の実施形態は、溶加材を全く使用せずに形成された溶接部を含む溶接ホイール・アセンブリ１００を形成することができ、この溶接部は、加圧されるホイール用途に必要とされる構造的な完全性及び必要とされる気密シールを提供する。本発明の実施形態を用いることによって、溶加材を用いて、ホイール部品１０３／１０５をハブ１０１に溶接して要求される気密シールを提供することが必要とされる場合に、相当量の溶加材及び溶接を用いないで済むようになる。
【００１６】
図２に示されるように、溶接接合部１１５は、アセンブリ１００の中心から半径方向に沿った円形パターンを有している。しかしながら、本発明の実施形態は、この構成に限定されるものではない。例えば、溶接接合部１１５が、アセンブリ１００の中心から半径方向に沿ってジグザグ又は波状パターンを有することが企図される。このようなパターンによって、溶接接合部１１５の全体の長さが増加して、更なる構造的な完全性が提供される。しかしながら、溶接接合部１１５は、ホイールが加圧される用途で使用される場合に、ホイール部品１０３／１０５の間に必要な気密シールを提供するために、連続的なパターンにすべきである。一定程度の大きさの穴が、（上述したように）アセンブリの重量を軽減させるために、ウェブ１０７／１０９内に配置されており、溶接接合部１１５が、穴から半径方向外向きに配置されており、加圧される用途において、必要な気密シールを提供する。当然のことながら、多くの異なるタイプのパターンを溶接作業のために使用することができる。
【００１７】
単一の溶接接合部１１５が図面に示されているが、本発明はこの構成に限定されるものではないことにさらに留意されたい。具体的には、追加の溶接接合部を使用して、ホイール・アセンブリ００の強度を増大させることができる。例えば、別の溶接接合を、溶接接合部１１５から半径方向内側に又は外側に位置決めすることができる。さらに、追加の接合部は、連続的である必要はなく、断続的な接合部やスポット溶接接合部とすることができる。１つの溶接接合部（１１５）が連続である限り、追加の溶接接合部は、必要な気密シールを提供するために連続的に形成する必要はない。当然のことながら、必要に応じて、追加の溶接接合部を同様に連続的に形成することができる。
【００１８】
図３には、上述したアセンブリ１００を溶接するための例示的な溶接システム３００が示されている。上述したように、溶接接合部１１５は、溶加材を全く用いずにレーザ溶接システムを使用して形成される。システム３００は、電力をレーザ３０５に供給するレーザ電源３０１を含む。レーザ３０５は、レーザ溶接が可能な任意の公知のタイプのレーザ、例えば二酸化炭素、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ−ディスク、Ｙｂ−ファイバ、ファイバ送達又はダイレクトダイオードレーザシステムを含むが、これらに限定されるものではない。また、白色光又はクォーツレーザ型システムは、十分なエネルギーを有している場合に使用することができる。システムの他の実施形態は、電子ビームエネルギーを使用することができる。例示的なレーザは、１〜２０キロワット（ｋＷ）の範囲内の電力能力を有する必要がある。より高出力のレーザを利用することができるが、非常に高価になることがある。示される実施形態では、レーザ３０５は、単一のビーム３０７を放射して接合部１１５を溶接する。しかしながら、必要に応じて、マルチビーム構成も使用することができる。必要に応じて、マルチビーム構成は、複数のレーザ３０５及び／又は単一のレーザ３０５を用いるビームスプリッタを用いることができる。このような実施形態では、別個のビームを、連続する同じ溶接部の別々の部分を形成するために使用することができ、又は別個のビームを、互いに隣接して位置決めしてより幅広の溶接接合部を形成することができる。
【００１９】
レーザ３０５は、十分なエネルギーと形状を有するビーム３０７を放射して、ホイール部品１０３／１０５の一方のウェブ部分１０７／１０９の全体の厚さ完全に浸入する又は鍵穴を形成するとともに、ホイール部品１０３／１０５の他方のウェブ部分１０７／１０９の厚さの少なくとも一部に浸入する又は鍵穴を形成する。これは以下でさらに説明する。
【００２０】
システム３００は、十分な溶接を形成するために、電源３０１及び／又はレーザ３０７を監視及び／又は制御するようなシステムコントローラ３０３も含む。さらに、示される実施形態では、コントローラ３０３は、溶接中に回転するプラテン３０９に結合されたモータ３１１を制御する。示される実施形態では、レーザ３０５及びビーム３０７が静止したままで溶接を完了する間に、プラテン３０９は回転する。当然のことながら、他の例示的な実施形態では、レーザ３０５を移動させて接合部１１５を形成することができる。さらなる実施形態では、ホイール１００及びレーザ３０５の両方を移動させて溶接部を形成することができ、又はレーザ３０５を静止したままにして、ビーム３０７をレーザ３０５の光学系を用いて移動させることができる。本発明の実施形態は、この構成に限定されるものではなく、溶接部を形成する他の手段を使用することができる。例えば、他の構成は、平行移動させて所望の溶接パターンを形成するために、レーザ光学系の外部のミラー又は光学系を使用することができる。
【００２１】
コントローラ３０３、電源３０１、レーザ３０５、モータ３１１及びプラテン３０９が、図３に別個の構成要素として示されているが、これは明確にするために行われていることに留意されたい。これらの構成要素の少なくとも一部又は全ては、溶接作業を行うために一体型ユニット又はアセンブリとすることが企図される。これらの構成要素を別個の物理的な構造体とすることは必須ではない。
【００２２】
ここで図４を参照すると、接合部１１５のより詳細な図が示されている。示されるように、ウェブ１０７は、長さＷを有しており、溶接接合部１１５の中心が、ウェブ１０７の半径方向の外側縁部から距離Ｌに位置決めされている。ほとんどの実施形態では、この距離は、接合部１１５が傾斜部分１１１／１１３に近接するように比較的小さくしなければならない。これによって、アセンブリ１００が使用される場合に、ウェブ１０７／１０９上のモーメント力を最小にするのに役立つ。本発明の例示的な実施形態では、距離Ｌは、ウェブ材料の厚さ及び溶接部１１５の領域のホイール上の設計荷重に基づく。ウェブが十分な厚さ及び剛性を有している場合には、距離Ｌは、長さＷの０％に近づけることができる。しかしながら、他の実施形態では、距離Ｌは、ウェブ長さＷの１０〜８０％の範囲内にある。
【００２３】
さらに、ウェブ１０９は厚さＴを有しており、溶接接合部１１５は、距離Ｄだけウェブ１０９に浸入している。例示的な実施形態では、距離Ｄは、厚さＴよりも小さい。いくつかの例示的な実施形態では、距離Ｄは、距離Ｌが構造的に健全な溶接がもたらされる限り、厚さＴの５〜１００％の範囲内にある。他の実施形態では、距離Ｄは、厚さＴの２０〜７５％の範囲内にある。当然のことながら、必要に応じて、他の深さ（距離Ｄ）を用いることができる。実際、いくつかの例示的な実施形態では、接合部１１５は、両方のウェブ部分１０７／１０９を通る鍵穴を形成する。これらの溶接部は、厚さＴの１００％浸入し、ウェブの背面に「確認マーク」を提供して溶接接合部の検査を可能にする。つまり、十分な浸入が保証される。しかしながら、両方のウェブ部分１０７／１０９に接合部１１５の背面ビードに完全な鍵穴を形成する程度は、注意して制御する必要があり、（溶加材が全く用いられない場合の）溶接接合部の上面にキャビティを形成するときに、相当な量の溶接金属が、ウェブ部分１０９の底部の下側に全く垂れない。
【００２４】
いくつかの例示的な実施形態では、下側部分１０９の接合部１１５溶接部の深さは、溶接の長さに沿って変化する。例えば、溶接接合部が下側のウェブ部分１０９に一定の深さを有することが構造的に必要でないことがある。従って、いくつかの例示的な実施形態では、溶接接合部１１５の一部は、第１の深さを有しており、接合部１１５の他の部分は、第１の深さよりも浅い第２の深さを有することができる。例えば、第１の深さＤは、ウェブ１０９の厚さＴの１００％までの深さとすることができ、第２の深さは、厚さＴの５〜５０％の範囲内とすることができ、第２の深さは、第１の深さより小さい。少なくとも一つの溶接部が気密シールをもたらし且つ溶接接合部（複数可）が所望の機械的強度を充足する限り、任意の変化又は異なる深さを用いることができる。異なる深さの部分における長さは、溶接接合部１１５の強度要件に依存して同様に変化させることができる。例えば、第１の深さが、５．０８ｃｍ（２インチ）に亘って溶接され、より浅い深さが、次に１２．７ｃｍ（５インチ）に亘って溶接され、次に戻って第１の深さが、５．０８ｃｍ（２インチ）に亘って溶接等することができる。これによって、ホイールの溶接接合部１１５を最適化することが可能になる。この周期的に振動する深さは、溶接作業中にビーム３０７のエネルギー密度を変えることにより形成することができる。このような実施形態は、溶接作業のスピードを高め、溶接エネルギーを節約することができる。溶接深さのこの変化は、ビーム３０７の形状、ビームのエネルギー密度、及び／又は溶接プロセスの速度を変化させることによって達成することができる。
【００２５】
面１１６／１１８の接触面での溶接接合部１１５の断面幅は、溶接に必要な構造的完全性を提供するために十分なものでなければならない。本発明の実施形態は、溶接接合部の点１１５が必要な構造的な完全性を有しなければならないこと以外は、溶接接合部の全体的な断面形状に限定されない。接合部１１５の幅を増加させるために、（必要ならば）マルチビームレーザ溶接プロセスを使用することができる。例示的な実施形態では、ウェブ部分１０７／１０９の接触面での溶接接合部１１５は、幅Ｚを有する。幅Ｚは、ホイール１００を気密シールするのに十分だけでなく、必要とされるいかなる強度も提供するのに十分であるようにしなければならない。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、幅Ｚは、厚さＴ１０〜１００％の範囲内である。例示的ないくつかの実施形態では、溶接接合部１１５は、ホイールに強度を提供する必要がない場合もある。このように、主にホイールを気密シールするために使用されるようなより薄い溶接接合部１１５を用いることができる。例えば、このような実施形態では、溶接接合部は、厚さＴの５〜５０％の範囲内の幅Ｚを有することができる。いくつかの例示的な実施形態では、幅Ｚは、全体の溶接部に亘って一定ではない。例えば、強度要件のため、溶接接合部１１５の全体の長さを一定の厚さにすることが必要でないことがある。このような実施形態では、接合部１１５のいくつかの部分は、第１の厚さＺを有するが、他の部分は、第１の部分より小さい第２の厚さＺを有する。このような実施形態では、第１の部分が、接合部１１５の強度の大部分を提供する一方、より薄い部分が、より小さい強度を提供するが、気密シールを持続させることができる。このような実施形態によって、溶接プロセス中にエネルギーの保存を可能にする。いくつかの例示的な実施形態では、マルチビームを使用して、溶接中に溶接接合部１１５の幅を変化させることができる。
【００２６】
本発明の実施形態は、非常にコスト削減し且つアーク溶接が原因の気孔による製品廃棄を大幅減らしつつ、従来技術のホイールと比べて半分より少ない時間で自生溶接されるホイール・アセンブリ１００の気密シールの形成を可能にする。
【００２７】
当然のことながら、ホイール部品１０３／１０５は、必要又は所望に応じて、本明細書に説明されたもの以外の他の溶接接合部を用いることができることに留意されたい。例えば、他のいくつかの例示的な実施形態では、ハブ部分１０８／１１０を、強度を追加するためにハブ１０１に溶接することができる。あるいはまた、ハブ部分１０８／１１０は、ウェブ部分１０７／１０９を通じて溶接する代わりに、ハブに自生溶接することができる。ホイール１００の構造に依存して、自生溶接接合部を必要に応じてあらゆる場所に配置することができ、所望の強度及び気密シールが達成される。さらに、ホイール部品１０３／１０５は、空間１１９の内側の（互いに接触する合わせ目で）部品同士の間の接触点で互いに溶接することができる。これらの溶接部は、本明細書で説明したようにレーザ溶接することができる。当然のことながら、必要に応じてホイール・アセンブリ１００上に複数の溶接部が存在しているが、少なくとも一つの溶接部は自生溶接されている。ホイール部品１０３／１０５の嵌合に依存して、ホイールの一部ではギャップを埋めるために溶加材を用いて溶接を使用するような必要性があってもよい。これは、溶加材を使用する任意の公知の溶接方法を用いて行うことができる。
【００２８】
本発明は、例示的な実施形態を参照して具体的に示し且つ説明してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。形態及び詳細における種々の変更が、以下の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲及び精神から逸脱することなくなされ得ることを当業者は理解されたい。
【符号の説明】
【００２９】
１００  ホイール・アセンブリ
１０１  ハブ
１０３  第１のホイール部品
１０５  第２のホイール部品
１０７  第１のウェブ部分
１０８  ハブ部分
１０９  第２のウェブ部分
１１０  ハブ部分
１１１  傾斜部分
１１２  フランジ部分
１１３  傾斜部分
１１４  フランジ部分
１１５  溶接ビード又は接合部
１１６  面
１１７  タイヤ
１１８  面
１１９  キャビティ又は圧力ゾーン
３００  溶接システム
３０１  レーザ電源
３０３  システムコントローラ
３０５  レーザ
３０７  ビーム
３０９  プラテン
３１１  モータ
Ｄ      深さ
Ｌ      距離
Ｔ      厚さ
Ｗ      長さ
Ｚ      幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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