(57)【要約】【課題】  切削加工を要せず、製造工程を簡略化し得るフルフェイスホイールの溶接方法を提供する。【解決手段】  溶接始端部を、低い入熱量となるスタート条件で溶接し、溶接始端部の直後の本溶接前部を、スタート条件より高く、本溶接条件よりも低い入熱量となる本溶接前条件で溶接した後、ほぼ全周に亘る主溶接部を、高い入熱量となる本溶接条件で溶接し、溶接始端部上に重なる溶接終端部を、本溶接条件よりも低い入熱量となるクレータ前条件で溶接し、溶接終端部の末端（溶接終点）をクレータ条件で溶接するようにした。これにより、溶接始端部と溶接終端部が重なるラップ部、及び本溶接前部の溶接ビード２１ｂ’が縮小し、溶接ビード２１の大きさが溶接継手部２０の全周に亘って略均一となる。【選択図】  図７
2005103559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に外端リムフランジ部が形成されたホイールディスクと、外端に外側ビードシート部が形成されたホイールリムとを、全周にわたってアーク溶接するフルフェイスホイールの溶接方法において、
溶接始端部を、低い入熱量となるスタート条件で溶接し、
溶接始端部の直後の本溶接前部を、スタート条件より高く、本溶接条件よりも低い入熱量となる本溶接前条件で溶接した後、
ほぼ全周に亘る主溶接部を、高い入熱量となる本溶接条件で溶接し、
溶接始端部上に重なる溶接終端部を、本溶接条件よりも低い入熱量となるクレータ前条件で溶接し、
溶接終端部の末端をクレータ条件で溶接するようにした
ことを特徴とするフルフェイスホイールの溶接方法。
【請求項２】
本溶接前条件及びクレータ前条件では、本溶接条件より溶接速度を速くしたことを特徴とする請求項１記載のフルフェイスホイールの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールリムとホイールディスクとを溶接接合してなる自動車用２ピースホイールの溶接方法に関するものであり、詳しくは、ディスクの外周部に外端リムフランジ部が形成されたフルフェイスホイールの溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホイールリムとホイールディスクとを溶接接合してなる自動車用２ピースホイールの中で、ホイール外側面（意匠面）に、ホイールリムとホイールディスクの境界が形成されないフルフェイスホイールが知られている。
【０００３】
一般的なスチール製のフルフェイスホイールＡの断面図を図１に示す。フルフェイスホイールＡは、外端に外側ビードシート部６が形成されたホイールリム１と、ハブ孔１６や放熱孔１４等が形成されるディスク主板部１２の外周縁に外端リムフランジ部１１が形成されたホイールディスク１０とからなる。このホイールリム１とホイールディスク１０とは、ホイールリム１の外側ビードシート部６の外側縁を、外端リムフランジ部１１の内側面に当接させた状態で、外周側から全周に亘ってアーク溶接による隅肉溶接が行われ、一体的に接合される（例えば特許文献１）。このように、フルフェイスホイールＡでは、溶接継手部２０が意匠面の裏側に形成されるため、フルフェイスホイールＡの外側面全体を意匠部分とすることが可能となっている。
【０００４】
ここで、ホイールリムとホイールディスクとをアーク溶接する従来の溶接工程にあっては、溶接始点の直後の部分（溶接始端部）と、溶接終点の直前の部分（溶接終端部）とを重複させて、溶接ビード２１が上下に重なったラップ部を形成する（図２参照）。すなわち、溶接工程にあっては、溶接始点からフルフェイスホイールの周方向に沿って溶接していき、全周に亘って溶接した後、溶接始端部に形成された溶接ビード２１ａの上に、溶接ビード２１ｄを重ねて形成してから溶接を終了する。かかるラップ部を形成することにより、溶接始端部と溶接終端部との間のエア漏れを防止できる。
【０００５】
また、従来の溶接工程では、溶接始端部と、溶接終端部の末端の溶接終点で、本溶接条件よりも低い入熱量となる溶接条件で行う。すなわち、図３に示すように、上記溶接工程にあっては、まず溶接始端部を低い入熱量となる溶接条件（スタート条件）で溶接し、次いで高い入熱量となる本溶接条件で、溶接終点まで略全周にわたり溶接し、溶接終端部にラップ部を形成する。そして、溶接終点では、溶着金属の急冷防止や、溶接ビードの肉厚を確保するため、溶接速度ゼロの状態で、低い入熱量となる溶接条件（クレータ条件）で短時間溶接を行い、溶接工程を終了する。ここで、入熱量とは、溶接時に単位溶接距離あたりに加わる電気エネルギー量を指すものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９２８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図２に示すように、前記ラップ部においては、溶接始端部の溶接ビード２１ａ上に溶接ビード２１ｄを重ねるために主溶接部よりも溶接ビード２１が大きくなる。また、溶接始端部直後の部分にあっても、母材２３が温まりきっていないため、母材２３への溶け込みが若干浅くなり、溶接ビード２１ｂが盛り上がり易くなっている。
【０００８】
フルフェイスホイールＡの溶接工程において、全周に亘って隙間なく溶接が行われるのは、上述のようにエア漏れ防止のためであり、局所的に溶接ビード２１が盛り上がったり、母材２３への溶け込みが若干浅くなっても、ホイールリム１とホイールディスク１０との溶接強度に支障が生じることはない。ところが、上記のフルフェイスホイールＡの溶接継手部２０は、自動車用ホイールの外周部のタイヤを装着する部位に位置している。かかる部位は、タイヤがリムと適正に嵌合するように、規格によりその形状を厳密に定められており、特に、溶接継手部２０を形成する、外側ビードシート部６と外端リムフランジ部１１との境界部に関しては、図４に示すように、その外周面（溶接表面）２２の断面形状がＲ６．５（ｍｍ）以下となるように規定されている。従来の溶接工程にあっては、凹み隅肉溶接を行うことで、溶接後の溶接継手部２０の溶接表面２２が大部分で規格形状を満足するようにしているが、上述したラップ部と、溶接始端部直後の部分は、溶接ビード２１が大きいため、溶接表面２２が上述の規格形状を満足し難く、溶接後に切削加工の手間を要していた。
【０００９】
本発明は、上記の二箇所の溶接ビードが小さく、溶接後の切削加工が不要となるフルフェイスホイールの溶接方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、外周部に外端リムフランジ部が形成されたホイールディスクと、外端に外側ビードシート部が形成されたホイールリムとを、全周にわたってアーク溶接するフルフェイスホイールの溶接方法において、溶接始端部を、低い入熱量となるスタート条件で溶接し、溶接始端部の直後の本溶接前部を、スタート条件より高く、本溶接条件よりも低い入熱量となる本溶接前条件で溶接した後、ほぼ全周に亘る主溶接部を、高い入熱量となる本溶接条件で溶接し、溶接始端部上に重なる溶接終端部を、本溶接条件よりも低い入熱量となるクレータ前条件で溶接し、溶接終端部の末端をクレータ条件で溶接するようにしたことを特徴とするフルフェイスホイールの溶接方法である。
【００１１】
上述のように、入熱量は単位溶接距離に加わる電気エネルギー量であるから、一般的に、入熱量が大きいほど、母材に溶着する金属量は多くなり、溶接ビードは大きくなる。すなわち、かかる方法では、溶接始端部直後の部分を主溶接部とは別の本溶接前部として、本溶接前条件で溶接するため、当該本溶接前部に溶着する金属量が減少し、溶接ビードの盛り上がりを従来よりも小さくすることができる。また、溶接ビードが重なるラップ部を形成する溶接終端部にあっても、本溶接条件より小さい入熱量となるクレータ前条件で溶接するため、溶接ビードは従来より縮小される。従って、本発明の溶接方法によって形成された溶接継手部は、その溶接表面が全周部に亘って規格形状を満足し得るため、溶接後に溶接継手部の切削加工を省略することが可能となる。
【００１２】
ここで、入熱量は、アーク溶接の電流量、電圧量、溶接速度等のパラメータにより調整できる。すなわち、溶接条件ごとの入熱量の高低は、かかるパラメータ値により決定されるものである。ただし、溶接中に電流量や電圧量を変更すると、溶接ビードの形状が不均一になり易いため、溶接ビードをなるべく均一にするためには、本溶接前条件及びクレータ前条件では、本溶接条件より溶接速度を速くして、本溶接条件よりも入熱量を低くすることが望ましい。
【００１３】
ここで、本発明の溶接方法で用いる好適な溶接条件は、ホイールの材質、溶接装置の構造、溶接方式等により変化するものであるが、スタート条件、本溶接条件、クレータ条件については、従来の溶接方法の設定値を好適に用いることができる。また、本溶接前条件、クレータ前条件については、溶接ビードの大きさと、必要とする溶接ビードの大きさとの比較により、おおよその入熱量は推定可能であり、好適な条件は容易に決定される。本発明者らは、本発明の溶接方法により、全周の溶接表面が上述の規格（Ｒ６．５以下）を満足するフルフェイスホイールを作製している。
【００１４】
なお、本発明の主旨は、本溶接前条件およびクレータ前条件は、本溶接条件より低い入熱量として、本溶接条件よりも溶着金属量を少なくすることにある。従って、本溶接前条件やクレータ前条件では、本溶接条件より入熱量が少ない状態が維持されていれば、溶接中に入熱量を変化させることも可能であり、本発明に含めるものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフルフェイスホイールの溶接方法を用いることにより、溶接始端部直後の部分（本溶接前部）、及びラップ部の溶接ビードが従来方法よりも縮小するため、溶接表面の形状を規格範囲内とすることができ、溶接後の切削加工が省略可能となる。このため、製造工程を簡略化し、製造コストを削減することで、安価なフルフェイスホイールを提供できる。
【００１６】
また、本溶接前条件及びクレータ前条件では、本溶接条件より溶接速度を増すようにすれば、容易かつ円滑に入熱量を加減できるため、本溶接前部と本溶接部の境界部分、および本溶接部から溶接終端部の境界部分といった溶接条件の変更点において、溶接ビード形状のムラを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
図５は、本発明の溶接方法を行うための組付溶接機４０の概略図である。かかる組付溶接機４０では、図１に示したスチール製のフルフェイスホイールＡのホイールリム１とホイールディスク１０とをアーク溶接する。この組付溶接機４０はホイールディスク１０を固定するための治具４１を備え、その上方にはホイールリム１を固定するクランプ４２が配設される。そして、成形されたホイールディスク１０とホイールリム１とを、かかる組付溶接機４０に取り付けると、図示しない位置決め機構により、ホイールリム１とホイールディスク１０との中心位置を一致させて、上方に装着された回転エアシリンダー４９によりホイールリム１がホイールディスク１０に圧接される。
【００１８】
そして、治具４１の外方には、アーク溶接用の溶接トーチ４３が設けられる。この溶接トーチ４３は溶接電源装置５１と接続されており、該溶接電源装置５１から電流、ワイヤー、ガス等の供給を受ける。そして、この溶接トーチ４３はマニピュレータ５０に固定されており、溶接時には溶接トーチ４３の先端が、ホイールリム１とホイールディスク１０との圧接部に近接し、該圧接部を溶接する。
【００１９】
また、治具４１は、下方に設けられた回転モータ４４の回転軸に固定される。この回転モータ４４は、制御基板を備えるドライブユニット５３に接続されており、該ドライブユニット５３から電気の供給を受けると共に、その回転速度を制御される。そして、溶接時には、この回転モータ４４が、治具４１を回転させることにより、圧接したホイールリム１とホイールディスク１０を一体的に回転させ、ホイールリム１とホイールディスク１０の圧接部を、上記溶接トーチ４３の先端に順次臨ませることにより、該圧接部が全周にわたって溶接される。
【００２０】
さらに、組付溶接機４０には、溶接工程を制御するためのコンピュータ４５が備えられている。このコンピュータ４５には、溶接工程の制御プログラムが記憶される。そしてコンピュータ４５は、上述の回転モータ４４、溶接電源装置５１等の各装置に接続されており、溶接工程の進行に応じて制御信号が適宜出力され各装置を作動させる。また、このコンピュータ４５はＣＲＴ等の表示装置、キーボード等の入力装置を具備し、操作者が溶接工程で行う各種の溶接条件を設定可能となっている。
【００２１】
かかる組付溶接機４０における入熱量の制御機構について説明する。上記コンピュータ４５にあっては、スタート条件、本溶接前条件、本溶接条件、クレータ前条件、クレータ条件の、５つの溶接条件が設定可能となっている。スタート条件、本溶接前条件、本溶接条件、クレータ前条件にあっては、夫々に溶接トーチ４３の電流量、電圧量、および回転モータ４４の回転速度、回転角度を設定可能となっており、一方、クレータ条件にあっては、一点の溶接であるため電流量、電圧量、そして溶接時間を設定可能となっている。すなわち、電流量、電圧量、回転速度（溶接速度）又は溶接時間により入熱量が調節され、回転モータ４４の回転角度により、溶接始端部、本溶接前部、主溶接部、溶接終端部の溶接距離が決定される。そして、溶接開始前に操作者が、コンピュータ４５を介して各溶接条件について設定を行うと、溶接開始後にコンピュータ４５から溶接電源装置５１、ドライブユニット５３に制御信号が出力され、溶接トーチ４３の電流量、電圧量、および回転モータ４４の回転速度を調節し、各溶接条件に従った溶接が順番に実行される。なお、本発明は溶接中の入熱量の制御方法に特徴があり、かかる組付溶接機４０の溶接トーチ４３や回転モータ４４等は従来構成と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００２２】
以下にかかる組付溶接機４０を用いて、スチール製のフルフェイスホイールＡを溶接した一実施例について説明する。本実施例においては、図６，７に示すように、溶接始端部を低い入熱量となるスタート条件で溶接し、溶接始端部の直後の本溶接前部をスタート条件より高く、本溶接条件よりも低い入熱量となる本溶接前条件で溶接した後、ほぼ全周に亘る主溶接部を高い入熱量となる本溶接条件で溶接し、溶接始端部上に重なる溶接終端部を本溶接条件よりも低い入熱量となるクレータ前条件で溶接し、溶接終点をクレータ条件で溶接する。
【００２３】
また、図８は、本実施例の各溶接条件を示したものである。なお、本図では電流値、電圧値、回転速度については、本溶接条件での電流値ｉ、電圧値ｖ、回転速度ｗとの相対量として示してある。この図８から明らかなように、本実施例では、スタート条件で、本溶接条件よりも小さい電流量、電圧量でアーク溶接を行うことにより、低い入熱量を実現させる。一方、本溶接前条件およびクレータ前条件は、本溶接条件の回転速度より回転モータ４４の回転速度を速くすることにより、本溶接条件よりも低い入熱量を実現している。ここで、本溶接前条件の回転速度は、スタート条件よりも速くなっているが、スタート条件の電流量、電圧量が本溶接前条件よりも低いため、トータルでは入熱量（電流量×電圧量／溶接速度に比例）はスタート条件の方が低くなる。なお、スタート条件、本溶接条件、クレータ条件の各パラメータ（電流量、電圧量、溶接速度、溶接時間）は、従来の溶接条件の値を好適に用いることができる。また、本溶接前条件で溶接する本溶接前部、およびクレータ前条件で溶接する溶接終端部は、従来の溶接方法において溶接ビード２１が大きくなっていた範囲と一致するように、それぞれ回転モータ４４の回転角度を設定している。
【００２４】
この溶接工程について図７を参照して順番に説明すると、まず、溶接開始後、低い入熱量となるスタート条件で溶接が開始され、溶接始端部に小さい溶接ビード２１ａを形成する。スタート条件で溶接始端部を溶接すると、コンピュータ４５から溶接電源装置５１とドライブユニット５３へ信号が送られ、溶接トーチ４３の電流量、電圧量を上昇させると共に、回転モータ４４の回転速度を上昇させ、本溶接前条件での溶接を行う。かかる段階では、母材２３が完全に温まりきっていないため、本溶接条件よりも溶接速度（回転速度）を速くして入熱量を低くすることにより、溶着金属量を抑え、溶接ビード２１ｂ’を小さくする。
【００２５】
次いで、本溶接前条件よりも高い入熱量となる本溶接条件で、略全周にわたって溶接を行う。かかる段階では、従来の本溶接条件同様の溶接が行われ、母材２３も完全に温まっているため、充分な溶け込み量が確保された状態で安定した溶接ビード２１ｃが形成される。
【００２６】
そして、本溶接条件で略全周にわたる主溶接部を溶接すると、コンピュータ４５からドライブユニット５３へ制御信号が送られ、回転モータ４４の回転速度を上昇させる。そして、本溶接条件より低い入熱量となるクレータ前条件で溶接終端部を溶接し、溶接始端部に形成された溶接ビード２１ａ上に溶接ビード２１ｄ’を重ねてラップ部を形成する。かかる段階では、溶接終端部をクレータ前条件で溶接することにより、従来よりも溶着金属量が少なくなり、ラップ部の溶接ビード２１が縮小される。
【００２７】
さらに、クレータ前条件での溶接が終了すると、クレータ条件での溶接が行われる。すなわちコンピュータ４５からドライブユニット５３に停止信号が出力し、回転モータ４４の回転を停止させると共に、溶接電源装置５１へ制御信号を出力し、設定された電流量、電圧量で溶接終点を所定時間（０．５秒）溶接する。その後、コンピュータ４５からの制御信号によりマニピュレータ５０が溶接トーチ４３を後退させて溶接工程を終了する。
【００２８】
このようにして溶接されたフルフェイスホイールＡは、図７に示すように、従来よりもラップ部付近の溶接ビード２１が従来の溶接ビード（図７二点鎖線部）よりも小さく、全周にわたり略均一な溶接ビード２１が形成される。そして、本実施例の溶接方法により形成された溶接継手部２０の溶接ビード２１は、ラップ部においても規格形状（Ｒ６．５以下）を満足するものであり、溶接後の切削加工をする必要がなくなった。また、溶接継手部２０は、かかる規格形状だけでなくホイールに必要とされる溶接強度も有するものである。
【００２９】
このように、本実施例のフルフェイスホイールの溶接方法では、溶接後に溶接継手部２０の切削加工を必要としないから、フルフェイスホイールの製造工程が簡略化され、フルフェイスホイールＡを低廉に作製することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施例の方法に限定したものではなく、本発明の主旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、実施例では、本溶接前条件やクレータ前条件を、一定の電流量、電圧量、回転速度に設定することにより、入熱量が一定となるような制御を行っているが、本溶接前条件やクレータ前条件は、常に一定の入熱量を設定する必要はなく、本溶接条件より低い入熱量であれば、入熱量を段階的に変化させるように設定することも可能である。さらには、本発明のフルフェイスホイールの溶接方法は、主にスチール製のフルフェイスホイールの溶接に用いるものであるが、アルミ製のフルフェイスホイールの溶接にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】フルフェイスホイールＡの縦断面図である。
【図２】従来の溶接方法による溶接ビード２１の大きさを示す説明図である。
【図３】従来の溶接方法における溶接条件を示す説明図である。
【図４】図１の溶接継手部２０の拡大図である。
【図５】組付溶接機４０の概略図である。
【図６】本実施例の溶接条件を示す説明図である。
【図７】本実施例の溶接方法による溶接ビード２１の大きさを示す説明図である。
【図８】本実施例の溶接条件を示す図表である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ホイールリム
２  内端リムフランジ部
３  内側ビードシート部
５  ドロップ部
６  外側ビードシート部
１０  ホイールディスク
１１  外端リムフランジ部
１２  ディスク主板部
１４  放熱孔
１６  ハブ孔
２０  溶接継手部
２１，２１ａ〜ｄ，２１ｂ’，２１ｄ’  溶接ビード
２２  溶接表面
２３  母材
４０  組付溶接機
４１  治具
４２  クランプ
４３  溶接トーチ
４４  回転モータ
４５  コンピュータ
４９  回転エアシリンダー
５０  マニピュレータ
５１  溶接電源装置
５３  ドライブユニット
Ａ  フルフェイスホイール
【図１】
2005103559.tif 000003
【図２】
2005103559.tif 000004
【図３】
2005103559.tif 000005
【図４】
2005103559.tif 000006
【図５】
2005103559.tif 000007
【図６】
2005103559.tif 000008
【図７】
2005103559.tif 000009
【図８】
2005103559.tif 000010