(57)【要約】【課題】入熱による変形を抑制することができる継手の溶接方法を提供する。【解決手段】組立カムシャフト１０の継手の溶接方法では、筒状部材２０に軸部材３０を挿入し、筒状部材２０における軸部材３０が挿入されている部位の複数箇所にレーザービームを照射し、それぞれの溶接痕２５が筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなる形状になるように、筒状部材２０と軸部材３０とを点付け溶接する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の部材に他方の部材を挿入して接合する継手の溶接方法であって、
前記一方の部材における前記他方の部材が挿入されている部位の複数箇所に溶接ビームを照射し、それぞれの溶接痕が前記一方の部材の外周面から前記他方の部材の内部まで延びて前記一方の部材の外周面側から次第に細くなる形状になるように、前記一方の部材と前記他方の部材とを点付け溶接する
ことを特徴とする継手の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継手の溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、二つの配管を溶接により一体化した継手構造が開示されている。この継手構造では、円筒状の受入部に、その軸方向の一方の端部から配管が挿入されている。そして、受入部における配管が挿入されている端部と配管の外周とを全周に亘って溶接することで、受入部と配管とを接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０６８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、全周に亘って溶接する場合には、溶接部位の入熱が多くなり、受入部及び配管が変形する可能性がある。なお、このような問題は、筒状の部材に配管を挿入して溶接する場合に限らず、筒状の部材に中実の部材を挿入して溶接する場合にも生じうる。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、入熱による変形を抑制することができる継手の溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための継手構造の溶接方法は、一方の部材に他方の部材を挿入して接合する継手の溶接方法であり、前記一方の部材における前記他方の部材が挿入されている部位の複数箇所に溶接ビームを照射し、それぞれの溶接痕が前記一方の部材の外周面から前記他方の部材の内部まで延びて前記一方の部材の外周面側から次第に細くなる形状になるように、前記一方の部材と前記他方の部材とを点付け溶接するようにしている。
【０００７】
部材の端部を全周に亘って線状に溶接する場合には、部材の端部に連続して入熱することになるため、部材の端部に入熱が集中してしまう。
これに対して上記の方法では、双方の部材が重なっている部位の複数箇所を点付け溶接している。そのため、全周に亘って線状に溶接する場合と比較して、特定の部位に入熱が集中しにくい。
【０００８】
また、溶接ビームによって点付け溶接する場合であっても、溶接ビームの照射時間が長ければ、照射部位への入熱の集中によって部材が変形してしまうおそれがある。溶接ビームの照射時間が長くなると、入熱により溶接痕の先端が丸く膨らんでくる。これに対して、上記の方法では、溶接痕が先端に向かって次第に細くなる形状になるように溶接ビームを照射している。すなわち、溶接痕の先端が膨らむ前に溶接ビームの照射を止めて各照射部位に対する照射時間を短くし、入熱し過ぎないようにしている。
【０００９】
したがって、上記の方法によれば、入熱による部材の変形を抑制することができる。
なお、接合部の強度は、複数の箇所を溶接することによって、すなわち溶接する箇所を増やすことによって確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】継手の溶接方法の一実施形態により溶接された組立カムシャフトの側面図。
【図２】図１の２−２線断面図。
【図３】図１の３−３線断面図。
【図４】同実施形態における継手の溶接方法を示す図。
【図５】比較例１の継手の溶接方法により溶接された継手の断面図。
【図６】比較例２の継手の溶接方法により溶接された継手の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、継手の溶接方法の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１に、組立カムシャフト１０を示す。組立カムシャフト１０は、一方の部材である筒状部材２０と他方の部材である軸部材３０とを備え、これらが本実施形態の継手の溶接方法によって溶接されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、筒状部材２０は厚さが４ｍｍの円筒状であり、鉄系の材料で構成されている。この筒状部材２０の外周面２１には、カムを駆動するための部品が取り付けられる。なお、図１〜図３では、筒状部材２０にカムの駆動部品が取り付けられる前の状態を示している。筒状部材２０における図１の左側の端部は、軸受けに回転可能に支持されている。また、筒状部材２０における図１の右側の端部は、上記軸部材３０が挿入されている。
【００１３】
軸部材３０はマンガン鋼などにより構成されている。軸部材３０は、中実であり、図１及び図２に示すように、円柱状の小径部３１と、この小径部３１と同軸で小径部３１よりも直径が大きい円柱状の大径部３２とが連続した形状をなしている。軸部材３０の小径部３１は、筒状部材２０に挿入されている。そして、筒状部材２０に挿入されている部位が、後述するように、筒状部材２０に溶接されることにより接合されている。また、軸部材３０の大径部３２は、軸受けに回転可能に支持されている。このようにして、組立カムシャフト１０は、筒状部材２０と軸部材３０とが溶接により接合されるとともに、その両端、すなわち筒状部材２０及び軸部材３０の互いに溶接されていない方の端部が軸受けに回転可能に支持されることにより、一体となって回転する。
【００１４】
次に、筒状部材２０と軸部材３０との溶接態様について説明する。筒状部材２０と軸部材３０とは、１８箇所を点付け溶接することにより接合されている。図１及び図２に示すように、点付け溶接による溶接痕２５は、筒状部材２０及び軸部材３０の軸方向において等間隔に離間した６箇所の領域Ａ〜Ｆに存在している。また、図３に示すように、領域Ａ〜Ｆのそれぞれにおいては、周方向に３カ所の溶接痕が等間隔（１２０°）で存在している。なお、図３に実線及び破線で示すように、軸方向に隣接する領域（図３では図２のＣとＤ）の溶接痕２５の周方向の位置は、６０°ずれている。このようにして、各溶接痕２５は、等間隔に分散して存在している。
【００１５】
図２及び図３に示すように、各溶接痕２５は、筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなっている。すなわち、各溶接痕２５は、筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなる略円錐形状をなしている。
【００１６】
次に、組立カムシャフト１０の筒状部材２０と軸部材３０との溶接方法を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、まず、筒状部材２０に軸部材３０の小径部３１を圧入又は精転により挿入する。
【００１７】
次に、レーザー溶接装置４０により、筒状部材２０において軸部材３０が挿入された部位を、１８箇所点付け溶接を行う。レーザー溶接装置４０は、レーザーを発生させるレーザー発生器４１と、レーザーを集光して照射する集光器４２と、レーザー発生器４１で発生したレーザーを集光器４２に送る光路４３とを備えている。そして、軸部材３０が挿入された筒状部材２０を保持装置４６によって保持した状態で集光器４２から筒状部材２０の外周面２１にレーザービームを照射することにより点付け溶接が行われる。なお、照射部位には、酸化防止のためにシールドガスが吹き付けられる。
【００１８】
点付け溶接は、照射部位を以下のように順次変更することにより行われる。まず、集光器４２が集光するレーザービームが、上記した１８箇所の溶接部位のうちの軸方向の一番端の領域Ａの１箇所の溶接部位に照射されるように、軸部材３０が挿入された状態の筒状部材２０を保持装置４６で保持する。そして、レーザー溶接装置４０の集光器４２によりレーザービームを集光して、筒状部材２０の外周面２１に照射し、筒状部材２０と軸部材３０とを点付け溶接する。ここで、レーザービームは、予め設定された照射出力で、予め設定された照射時間だけ照射される。そして、この照射出力及び照射時間は、溶接痕２５が、筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなるように形成されるような照射出力及び照射時間に予め設定されている。したがって、溶接痕２５は、筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなるように形成される。なお、溶接痕２５をこのような形状とするための照射出力及び照射時間は、筒状部材２０に用いる材料や厚さ、軸部材３０に用いる材料などに応じて異なり、これらの材料や厚さなどに応じて、予め実験やシミュレーションなどで設定されている。なお、以下の点付け溶接においても、この照射出力でこの照射時間だけレーザービームが照射される。
【００１９】
そして、１カ所の溶接箇所において点付け溶接を行った後に、筒状部材２０及び軸部材３０を１２０°回転させた状態で保持装置４６により保持し、筒状部材２０の外周面２１にレーザービームを照射して点付け溶接を行う。さらに、筒状部材２０及び軸部材３０を１２０°回転させた状態で保持装置により保持し、筒状部材２０の外周面２１にレーザービームを照射して点付け溶接を行う。これにより、領域Ａにおいては３カ所等間隔で溶接痕２５が形成される。
【００２０】
次に、図４に示すように、軸部材３０が挿入されている筒状部材２０を６０°回転させるとともに、軸方向に変位させて領域Ｂに集光器４２により集光されるレーザービームが照射されるように、筒状部材２０及び軸部材３０を保持装置４６により保持する。そして、筒状部材２０の外周面２１にレーザービームを照射して点付け溶接を行う。なお、図４では、溶接工程において、領域Ｂにレーザービームが最初に照射されるこの工程を図示している。
【００２１】
以下、同様にして、筒状部材２０の外周面２１においてレーザービームが照射される部位を順次変更して、軸方向に離間した６箇所の領域Ａ〜Ｆに対してそれぞれ周方向に３箇所ずつ、合計１８箇所の部位において筒状部材２０と軸部材３０とを点付け溶接する。そして、レーザービームの照射部位のそれぞれでは、上記照射出力及び上記照射時間でレーザービームを照射して点付け溶接が行われるため、図２及び３に示すように、筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなる溶接痕２５が形成される。
【００２２】
次に、本実施形態の作用を、比較例１及び比較例２の継手の溶接方法と比較して説明する。まず、比較例１及び比較例２の継手の溶接方法について説明する。
図５に示すように、比較例１の溶接方法では、まず、筒状部材５０に軸部材５５の小径部５６を挿入するとともに、軸部材５５の大径部５７を筒状部材５０の端部５１に突き当てている。このとき、筒状部材５０の端部５１と軸部材５５の大径部５７とを突き当てた突き当て部に隙間が生じないように管理する必要がある。次に、この突き当て部において、筒状部材５０の端部５１を、全周に亘って線状に溶接することで、全周に亘る線状の溶接痕５９を形成する。この比較例１では、筒状部材５０の全周に亘って線状に溶接しているため、筒状部材５０の端部５１に連続して入熱することになり、筒状部材５０の端部５１に入熱が集中してしまう。
【００２３】
図６に示すように、比較例２では、第１筒状部材６０は、第２筒状部材６５と接合するための第１フランジ部６１を備えている。また、第２筒状部材６５は、第１筒状部材６０の第１フランジ部６１と接合するための第２フランジ部６６を備えている。この比較例２では、第１筒状部材６０と第２筒状部材６５とを、第１フランジ部６１と第２フランジ部６６とが当接するように配置する。そして、第１フランジ部６１と第２フランジ部６６との当接部位を全周に亘って線状に溶接し、全周に亘って線状に溶接痕６９が形成される。この比較例２では、第１フランジ部６１と第２フランジ部６６との当接部位を全周に亘って線状に溶接しているため、この部位に連続して入熱することになり、入熱が集中してしまう。
【００２４】
これに対して、本実施形態では、組立カムシャフト１０の筒状部材２０における軸部材３０が挿入されている部位において等間隔に分散した１８箇所にレーザービームを照射して、点付け溶接をしている。そのため、全周に亘って線状に溶接する場合と比較して、特定の部位に入熱が集中しにくくなる。
【００２５】
また、レーザービームによって点付け溶接する場合であっても、レーザービームの照射時間が長ければ、照射部位への入熱の集中によって部材が変形してしまうおそれがある。そして、レーザービームの照射時間が長くなると、入熱により溶接痕の先端が丸く膨らんでくる。これに対して、本実施形態の溶接方法では、溶接痕２５が先端に向かって次第に細くなる形状になるようにレーザービームの照射出力及び照射時間が予め設定されており、この照射出力でこの照射時間だけ筒状部材２０の外周面２１にレーザービームが照射される。そのため、溶接痕２５の先端が膨らむ前にレーザービームの照射を止めて各照射部位に対する照射時間を短くし、組立カムシャフト１０への入熱が多くなることが抑制される。
【００２６】
以上詳述した上記実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）上記実施形態の溶接方法では、筒状部材２０における軸部材３０が挿入されている部位の１８箇所にレーザービームを照射する。したがって、全周に亘って線状に溶接する場合と比較して、特定の部位に入熱が集中しにくい。また、各溶接痕２５が筒状部材２０の外周面２１から軸部材３０の内部まで延びて筒状部材２０の外周面２１側から次第に細くなる形状になるように、筒状部材２０と軸部材３０を点付け溶接する。これにより、溶接痕２５の先端が膨らむ前にレーザービームの照射を止めて各照射部位に対する照射時間を短くし、組立カムシャフト１０への入熱が多くなることが抑制される。このようにして、組立カムシャフト１０の溶接時の入熱を少なくすることができるため、組立カムシャフト１０の溶接による変形を抑制することができる。
【００２７】
（２）組立カムシャフト１０では、筒状部材２０における軸部材３０が挿入されている部位の複数箇所を点付け溶接している。したがって、筒状部材２０と軸部材３０とを全周囲に亘って溶接しなくても、点付け溶接の部位を増やしたことにより、接合部の強度を確保することができる。
【００２８】
（３）組立カムシャフト１０の溶接方法では、レーザービームを照射することにより、筒状部材２０と軸部材３０とを点付け溶接するようにしている。レーザービームによる溶接では、接合部位が照射表面から深い位置にあっても、溶接が可能となる。したがって、本実施形態のように厚さ４ｍｍの筒状部材２０の外周面２１に照射した場合も、溶接痕２５を軸部材３０の内部まで延びる形状とすることができる。また、レーザービームによる溶接を行っているため、アーク溶接等のその他の溶接方法に比べて入熱を少なくすることができる。
【００２９】
（４）組立カムシャフト１０の溶接痕２５は、筒状部材２０及び軸部材３０の軸方向に離間した６箇所の領域Ａ〜Ｆに存在している。このように筒状部材２０及び軸部材３０の軸方向の複数箇所が点付け溶接されるため、組立カムシャフト１０によりカムを駆動する際に、同シャフト１０に対して軸方向と直交する方向の曲げが作用したとしても、筒状部材２０及び軸部材３０の接合状態を維持することができる。
【００３０】
（５）組立カムシャフト１０の溶接痕２５は、筒状部材２０及び軸部材３０の周方向に６０°間隔で６箇所存在している。これにより、筒状部材２０及び軸部材３０との周方向の接合強度を確保することができるため、組立カムシャフト１０に作用するトルクに対して接合部の強度が確保され、筒状部材２０と軸部材３０とが一体となって回転することができる。
【００３１】
（６）図５に示す比較例１と比べて、突き当て部を設けることなく筒状部材２０と軸部材３０とを接合することができるため、突き当て部を設けた場合の隙間管理をする必要がなくなる。
【００３２】
（７）図６に示す比較例２と比べて、フランジ部を設けることなく、筒状部材２０と軸部材３０とを接合することができるため、フランジ部を設けた場合の部材の大型化が抑制される。
【００３３】
なお、上記実施形態は、上記に例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することができる。また、以下の変形例を組み合わせて上記実施形態に適用することもできる。
【００３４】
・上記実施形態では、レーザービームを照射することにより溶接を行うようにしている。しかしながら、筒状部材の外周面に電子ビームを照射することにより点付け溶接を行っても良い。また、レーザービームや電子ビーム以外の溶接ビームを筒状部材の外周面に照射して、溶接痕が、筒状部材の外周面から軸部材の内部まで延びて筒状部材の外周面側から次第に細くなる形状になるように、筒状部材と軸部材とを点付け溶接するようにしてもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、筒状部材において軸部材が挿入された部位を軸方向に６つの領域、軸方向の１つの領域において周方向に３箇所の点付け溶接を行い、合計で１８箇所を点付け溶接するようにしている。しかしながら、溶接箇所は、軸方向に６箇所よりも多くても少なくてもよいし、周方向に３箇所よりも多くても少なくてもよく、合計の溶接箇所は、１８箇所に限定されない。また、筒状部材の厚さは４ｍｍに限定されないし、筒状部材や軸部材の材質も上記に例示した材質に限定されない。点付け溶接を行う部位や個数は、筒状部材と軸部材の材質や大きさや厚さに応じて、一体となった部品に作用する曲げやトルク等に耐え得るように適宜設定するようにすればよい。
【００３６】
・上記各実施形態では、筒状部材に軸部材を挿入するようにしている。しかしながら、筒状部材に中空の筒状部材を挿入するようにしてもよい。また、接合される部材は円筒状や円柱状でなくてもよく、一方の部材に他方の部材が挿入されるものであればよい。また、一方の部材に他方の部材が挿入されて接合されてなる部材は、組立カムシャフトでなくてもよく、配管など、その他の部材であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…組立カムシャフト、２０…筒状部材、２１…外周面、２５…溶接痕、３０…軸部材、３１…小径部、３２…大径部、４０…レーザー溶接装置、４１…レーザー発生器、４２…集光器、４３…光路、４６…保持装置。
【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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