(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクスルケースの両側の装置取付部にブレーキフランジを嵌合し、そのブレーキフランジの内周と前記装置取付部の外周とが接する円周部を、その円周部下部の一定長さを未溶接部として周溶接して接合するブレーキフランジの溶接構造において、
前記ブレーキフランジの未溶接部の端部に位置する内周部に、溶接部の頂部をブレーキフランジの端面に一致させる溶接開先であって、
前記未溶接部から円周方向に沿って漸次その形状が小さくなるように形成された溶接開先を設けたことを特徴とするブレーキフランジの溶接構造。
【請求項２】
前記溶接開先は、レ形開先である請求項１に記載のブレーキフランジの溶接構造。
【請求項３】
前記未溶接部は、前記ブレーキフランジと前記装置取付部の最下点を中心として±４５°〜±７５°に形成され、前記溶接開先の未溶接部側の端部形状が、溶接開先外での溶接部で形成される三角形と線対称となる形状に形成された請求項１又は２に記載のブレーキフランジの溶接構造。
【請求項４】
前記溶接開先は、前記円周部に沿う長さが円周部の周長の３％から１２％に形成された請求項１から３のいずれかに記載のブレーキフランジの溶接構造。
【請求項５】
前記ブレーキフランジは、内径がφ１４０ｍｍに形成され、前記円周部に沿う前記溶接開先の長さが１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に形成された請求項１から４のいずれかに記載のブレーキフランジの溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクスルケースに溶接されるブレーキフランジの溶接構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７（ａ）、（ｂ）に示すようにアクスルケース２０にはブレーキ装置（図示せず）を取り付けるためのブレーキフランジ２１が溶接で結合されている。アクスルケース２０には、スプリングシートを介して下方向の荷重Ｆが掛かる。また、同時にアクスルケース２０の両端にはタイヤ反力として上方向に荷重Ｒが掛かる。これら双方の荷重Ｆ、Ｒにより、アクスルケース２０全体には下側に凸となる曲げ変形が生じる。したがって、ブレーキフランジ２１の溶接部にはアクスルケース２０中立軸から下側の範囲において引張応力が発生する。また、ブレーキ作動時には、ブレーキ装置からの入力によってブレーキトルクが生じる。ブレーキトルクはブレーキフランジ２１を介して溶接部へ伝わり、溶接部全体に亘ってせん断応力が生じる。
【０００３】
前記引張応力及びせん断応力によって溶接部は疲労亀裂を生じることがある。この疲労亀裂の発生を抑制するため、図８に示すように、引張応力が高くなるアクスルケース２０下側の一部分において未溶接部２２を設定する場合がある。この方法によれば、未溶接部２２を広げることで上下荷重による引張応力に対し一層亀裂防止に有効である。
【０００４】
しかし、未溶接部２２を拡大しすぎると、溶接部（溶接ビード）２３の断面積が減少し、ブレーキトルクによるせん断応力の上昇につながり、溶接部２３の強度低下を招くこととなる。したがって、未溶接部２２は、上下荷重で生じる引張応力とブレーキトルクによるせん断応力の双方に耐えるように設定される。
【０００５】
図９に示すように、未溶接部２２際の溶接部２３の端部形状は溶融金属の表面張力の作用で概ね半球状の形状をとる。この半球状の溶接ビード端部に大きな応力集中が生じ、溶接ビード端部を亀裂起点とするアクスルケース２０の溶接亀裂２４を生じる要因となることが考えられる。
【０００６】
そこで、この溶接亀裂２４の対策で、フラックス入りワイヤを用いる方法が広く利用されている。この方法によればＣＯ2溶接による溶接ビードと比べて溶接止端部の形状が滑らかになるため、溶接ビード端部の半球状の形状も滑らかになる。よって、溶接ビード端部の応力集中は軽減される。
【０００７】
なお、従来技術としては、特許文献１にブレーキフランジが嵌合されるアクスルケースに、周方向に沿って断面円弧上の溝を形成し、その溝を覆うように溶接ビードを設け、溶接ビード表面とアクスルケース表面との角度（フランク角）を大きくし、応力集中の軽減を図ったものが開示されている。
【０００８】
特許文献１記載の溶接ビードは、アクスルケースの周方向の全周に亘って設けるものであり、本発明のように、アクスルケースの下側に未溶接部を設定するようにしたものとは、技術的な前提が異なっている。加えて特許文献１はアクスルケース下側の位置（本発明の未溶接部の位置）に溝を形成して溝に臨む溶接止端部の形状を滑らかとし、溶接止端位置に発生する応力集中を緩和させるものであり、本発明とは技術的思想が全く相違する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４８８６５３２号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５２９４１９号公報
【特許文献３】実公昭６４−６３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のフラックス入りワイヤを用いた溶接は、溶接ワイヤのコストが一般的なＣＯ2溶接用の溶接ワイヤと比較して高価であり、コストがかかるという問題があった。また、フラックス入りワイヤを用いた溶接は、溶接ビードの表面がスケールで覆われてしまうため、スケールを除去しなければならず、作業工数が増加するのみならず騒音、粉塵による作業環境の悪化が課題となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、溶接端部を応力集中の軽減が図れる滑らかな形状にでき、車両上下方向の荷重で生じる引張応力とブレーキ時のブレーキトルクによるせん断応力の双方の応力に対し、高い耐久性を安価に両立できるブレーキフランジの溶接構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明は、アクスルケースの両側の装置取付部にブレーキフランジを嵌合し、そのブレーキフランジの内周と前記装置取付部の外周とが接する円周部を、その円周部下部の一定長さを未溶接部として周溶接して接合するブレーキフランジの溶接構造において、前記ブレーキフランジの未溶接部の端部に位置する内周部に、溶接部の頂部をブレーキフランジの端面に一致させる溶接開先を設けたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接端部を応力集中の軽減が図れる滑らかな形状にでき、車両上下方向の荷重で生じる引張応力とブレーキ時のブレーキトルクによるせん断応力の双方の応力に対し、高い耐久性を安価に両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るブレーキフランジの溶接構造を示す図であり、（ａ）はアクスルケースを軸方向（側面）から視た断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部正面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】ブレーキフランジの内周に沿う環状の溶接部を平面に展開した説明図である。
【図４】アクスルケースに溶接したブレーキフランジの要部拡大斜視図である。
【図５】ブレーキフランジの斜視図である。
【図６】アクスルケースの正面説明図である。
【図７】（ａ）は従来のアクスルケースの斜視説明図であり、（ｂ）は従来のブレーキフランジの斜視説明図である。
【図８】従来のアクスルケースとブレーキフランジの溶接構造を示す側面断面図である。
【図９】従来のブレーキフランジの溶接構造を示す要部拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１６】
図６に示すように、車両用のアクスルケース１は、デファレンシャル機構（図示せず）が収容されるデファレンシャル収容部２と、デファレンシャル収容部２から左右両側に延びる装置取付部３とを備える。装置取付部３は、筒状に形成されており、先端には車輪（図示せず）を回転自在に取り付けるためのエンドチューブ４が取り付けられている。装置取付部３には、車体のリーフスプリング（図示せず）から下方向の力Ｆを受けるスプリングシート５が取り付けられていると共に、ブレーキ装置（図示せず）を取り付けるためのブレーキフランジ６が取り付けられる。
【００１７】
図１及び図５に示すように、ブレーキフランジ６は、鋼材からなり、鍛造加工により板状に形成される。また、ブレーキフランジ６は、アクスルケース１の装置取付部３と嵌合するための嵌合孔７を有する。嵌合孔７は、装置取付部３の外径と略同径に形成されている。また、ブレーキフランジ６の内周と装置取付部３の外周とが接する円周部８は、その円周部下部の一定長さの未溶接部９以外で周溶接されると共に、ブレーキフランジ６の軸方向の両端の位置で周溶接されている。このようなブレーキフランジ６の溶接構造は、背景技術で述べたように、アクスルケース１下側の引張応力によって溶接部１０に疲労亀裂が生じるのを防ぐためのものであり、大型及び中型車両用である。未溶接部９は、ブレーキフランジ６と装置取付部３の最下点（円周部の最下点）を中心として±４５°の範囲に設定すると共に、プラス、マイナスの角度が同じとなるように設定している。なお、未溶接部９は、円周部の最下点を中心として±４５°〜±７５°の範囲に設定してもよい。
【００１８】
ブレーキフランジ６の未溶接部９の端部に位置する内周部には、溶接開先１１が設けられている。溶接開先１１は、溶接部（溶接ビード）１０の頂部高さをブレーキフランジ６の端面に一致させるためのものであり、断面三角形状のレ形開先からなる。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、溶接開先１１は、未溶接部９に臨む位置で二等辺三角形状に形成され、未溶接部９から円周方向に沿って漸次三角形状が小さくなると共にブレーキフランジ６の径方向の寸法より軸方向の寸法が小さくなるように形成されている。溶接開先１１の径方向の寸法は、円周方向の位置によらず略一定に形成されると共に、後述する溶接部１０の脚長と略同じに形成されている。
【００２０】
図１に示すように、溶接開先１１は、円周部８に沿う長さＬｋが円周部８の周長の約６％に形成されている。より具体的には、ブレーキフランジ６の内径（直径）はφ１４０ｍｍであることから、円周部８に沿う溶接開先１１の長さＬｋは３０ｍｍに形成されている。なお、溶接開先１１は、円周部８に沿う長さＬｋが円周部８の周長の約３％から約１２％に形成されるとよい。すなわち、ブレーキフランジ６の内径φ１４０ｍｍに対し、円周部８に沿う溶接開先１１の長さＬｋは１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に形成されるとよい。また、例えばブレーキフランジ６の内径はφ１００ｍｍからφ１６０ｍｍであってもよい。この場合も円周部８に沿う溶接開先１１の長さＬｋは円周部８の周長の約３％から約１２％に形成されるとよい。
【００２１】
溶接部１０は、断面積が未溶接部９に臨む溶接開先１１と同じに形成されると共に、全長に亘って断面積が同じになるように形成されている。図１（ｂ）及び図３に示すように、溶接部１０は、溶接開先１１が形成されていない部分では隅肉溶接によって形成され、溶接開先１１が形成された部分では隅肉溶接の溶接金属が未溶接部９に近づくにつれて徐々に溶接開先１１内に入る割合が大きくなり、未溶接部９に臨む部分では、溶接の溶接金属がほぼ全て溶接開先１１内に入るようになっている。これにより、未溶接部９に近づくにつれて溶接部１０の盛り上がりが小さくなり、未溶接部９に臨む位置で溶接部１０の頂部がブレーキフランジ６の端面と一致する。さらに具体的には、溶接開先１１の未溶接部９側の端部形状（未溶接部９に臨む溶接開先１１の端部形状）は、溶接開先１１外での溶接部１０で形成される隅肉溶接の三角形と線対称となる形状に形成されている。溶接開先１１外の溶接部１０は、隅肉溶接の脚長が１０ｍｍ×１０ｍｍ（ブレーキフランジ６側脚長×アクスルケース側脚長）に形成される。溶接開先１１は、未溶接部９に臨む位置の断面積が１０ｍｍ×１０ｍｍに形成されると共に隅肉溶接と同等にされる。なお、隅肉溶接の脚長は７ｍｍから１０ｍｍの範囲であってもよい。
【００２２】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２３】
図６に示すように、アクスルケース１の装置取付部３にブレーキフランジ６を取り付ける場合、装置取付部３がブレーキフランジ６の嵌合孔７内に挿入されるように装置取付部３にブレーキフランジ６を嵌合させ、装置取付部３とブレーキフランジ６とが接する円周部８をブレーキフランジ６の両端面の位置でそれぞれＣＯ2溶接する。ＣＯ2溶接は、ブレーキフランジ６の一方の端面側で行った後、他方の端面側で行う。図１（ａ）に示すように、一方の端面側でＣＯ2溶接を行う場合、ブレーキフランジ６の周方向に離間して形成された一対の溶接開先１１のうち、一方の溶接開先１１の未溶接部９側の端から溶接を開始し、他方の溶接開先１１の未溶接部９側の端で溶接を終了する。図２（ａ）に示すように、溶接を開始すると、溶接の肉は溶接開先１１内に入ると共にブレーキフランジ６の深い位置まで溶け込み、十分なのど厚で溶接される。また、溶接開先１１は溶接を開始する位置（未溶接部９に臨む位置）が、最も深く形成されると共に周方向に沿って徐々に浅くなるように形成されているため、溶接開始位置では溶接部１０が略全て溶接開先１１内に入ってブレーキフランジ６の端面となだらかに接続されると共に、周方向に進むにしたがって連続的に高さが増すように形成される。このとき、図２（ｂ）に示すように、溶接開先１１の周方向の中間の位置では、溶接開先１１内に溶接部１０が形成されると共に、溶接開先１１の外周側に断面二等辺三角形の隅肉溶接状の溶接部１０が形成される。
【００２４】
図２（ｃ）に示すように、溶接が進んで溶接開先１１の位置から外れると、溶接は完全な隅肉溶接となる。
【００２５】
この後、溶接が他方の溶接開先１１の位置に至ると、溶接部１０は周方向に進むにしたがって連続的に高さが減るように形成され、図４に示すように、未溶接部９に臨む位置でブレーキフランジ６の端面となだらかに接続される。
【００２６】
このように、ブレーキフランジ６の未溶接部９の端部に位置する内周部に、溶接部１０の頂部をブレーキフランジ６の端面に一致させる溶接開先１１を設けたため、未溶接部９に臨む溶接部１０の端部形状を半球状とすることなく、なだらかにすることができ、溶接部１０の端部を起点とするアクスルケース１の亀裂を防ぐことができる。また、溶接部１０の断面積は、端部においても溶接開先１１で深さが確保されているため断面積が減らず、溶接開先１１が形成されない部分の溶接部１０（隅肉溶接部分）と同等の強度を確保できる。よって、高価なフラックス入りの溶接ワイヤを適用することなく、溶接部１０の端部形状をなだらかにすることによる高い耐久性と、ブレーキ時のブレーキトルクの保持が安価に両立できる。
【００２７】
溶接開先１１は、レ形開先としたため、溶接開先１１の断面形状が変わることなく断面積が連続的に変わる形状を安定して形成できると共に、鍛造工法ゆえに簡単かつ安価に形成できる。
【００２８】
未溶接部９は、ブレーキフランジ６と装置取付部３の最下点を中心として±４５°〜±７５°に形成され、溶接開先１１の未溶接部９側の端部形状が、溶接開先１１外での溶接部１０で形成される三角形と線対称となる形状に形成されるものとしたため、溶接開先１１の内外の溶接部１０の断面形状をそれぞれ周方向になだらかに変化させることができ、応力集中を防ぐことができる。
【００２９】
溶接開先１１は、未溶接部９から円周方向に沿って漸次三角形状が小さくなるように形成されるものとしたため、溶接開先１１内の溶接部１０の断面積を簡単な構造で連続的に変化させることができる。
【００３０】
溶接開先１１は、円周部８に沿う長さが円周部８の周長の約３％から約１２％に形成されるものとしたため、溶接部１０の頂部とブレーキフランジ６の端面とをなだらかに接続することができる。
【００３１】
ブレーキフランジ６は、内径がφ１４０ｍｍに形成され、円周部８に沿う溶接開先１１の長さが１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に形成されるものとしたため、溶接部１０の頂部とブレーキフランジ６の端面とをなだらかに接続することができる。
【００３２】
また、溶接開先１１は、未溶接部９から円周方向に沿って漸次径方向の寸法より軸方向の寸法が小さくなるように形成され、かつ、径方向の寸法が、溶接部１０の脚長と略同じに形成されるものであるため、溶接部１０が溶接開先１１から脚長方向にはみ出すことはなく、溶接開先１１の断面積の変化によらず安定して装置取付部３とブレーキフランジ６とを溶接できる。
【００３３】
なお、ブレーキフランジ６は両端面がアクスルケース１に溶接されるものとしたが、一方の端面のみが溶接されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  アクスルケース
３  装置取付部
６  ブレーキフランジ
８  円周部
９  未溶接部
１０  溶接部
１１  溶接開先
【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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